转运分子机制被提醒 葫芦素护瓜不只有“苦肉计”这一招
◎本报记者 赵汉斌\n\n 植物无法移动，因而在长时间演化进程中，形成了一类三萜化合物，其在植物与环境互作进程中，发挥着招引虫媒、防护病害天敌以及信号传递等重要效果。现在已发现的植物三萜化合物超越2万种。对人类而言，它们是药物、保健品及化妆品的重要来历。\n\n 近来，云南师范大学、中国农业科学院农业基因组研讨所、华南农业大学等多家单位一起完成的一项研讨，解析了葫芦科瓜类作物中的一种三萜化合物——葫芦素的转运分子机制；一起，还发现植物经过从根表皮细胞外排葫芦素，来改动根际微生物群落组成，然后进步对植物枯萎病的抗性。相关研讨论文在线发表于闻名世界期刊《天然·植物》。\n\n 高价值葫芦素质料获取难度大\n\n\n 在吃黄瓜时，人们常会在瓜的两端尝到一股难言的苦意，这便是葫芦素在“作祟”。\n\n 在前期研讨中，团队针对葫芦素生物组成、调控、驯化及结构多样性等方面展开了系统性研讨，在葫芦科瓜类作物——黄瓜、甜瓜、西瓜中发现了3个葫芦素组成基因簇，共触及21个基因。团队还发现了直接调控葫芦素组成基因簇的6个转录因子，其间发生在果实葫芦素调控基因Bt启动子上的骤变，是人类驯化葫芦科瓜类作物果实苦味性状的要害。\n\n 一方面，葫芦素能够有用抵挡昆虫和其他动物的啃食，在保持植物的生计、繁殖中发挥着不可或缺的效果；另一方面，此前的研讨标明，葫芦素具有很好的抗虫、保肝、消炎、抗癌等成效。\n\n “但由于葫芦素获取难度大，限制了它的广泛使用。”论文一起通讯作者之一的云南师范大学马铃薯科学研讨院教授尚轶告知科技日报记者。因而，说明其组成、调控及运送机理，不只将为作物质量与抗性育种供给分子靶标，也是使用组成生物学技能开发这些植物天然产品商业价值的条件。\n\n 现在，绝大多数研讨集中于解析植物三萜化合物的组成及调控机制，而关于植物三萜化合物转运机制的研讨较少，相关转运蛋白也未见报导。\n\n 葫芦素“借刀杀人”抵挡有害菌\n\n 与人的肠道微生物群相似，根际微生物组往往被称为植物的“第二基因组”，可影响其根系成长发育、根系对生物和非生物的抗性以及根系对养分的吸取等进程。\n\n 近年来，人们发现植物根系发生的次生代谢产品在选择性刻画根际微生物组方面发挥着重要效果，但是这些代谢产品从根系转运到根际土壤及其调控根际微生物组的效果机制并不清楚。\n\n “甜瓜、西瓜中的葫芦素首要在根表皮细胞的细胞质中组成。”尚轶说。随后，葫芦素被锚定在细胞质膜上的MATE转运蛋白捕获，并被转运至植物“体外”，最终进入土壤中。尚轶说，研讨团队首要使用水培方法，发现甜瓜和西瓜根部能够向养分液中排泄葫芦素B和葫芦素E；在土壤中栽培瓜类作物，其根际土壤中也检测到许多的葫芦素。\n\n “瓜类作物的根部组成葫芦素等三萜化合物，需求耗费许多能量，但组成后却将其外排到土壤中，看起来是一种资源‘糟蹋’，但这其间必有道理。”尚轶说，深化研讨后，他们发现，实际上甜瓜向土壤中外排葫芦素B，是为了进步本身的抗性。\n\n 镰刀菌广布天然界，是一种能引起小麦、水稻和蔬菜病害的真菌。研讨团队研讨发现，葫芦素B对土传病原菌——镰刀菌并没有直接杀伤力，因而他们估测葫芦素B或许直接影响了根际镰刀菌丰度。\n\n “经过剖析根际微生物及宏基因组测序数据，并结合体外生化试验验证，咱们发现甜瓜根系排泄的葫芦素B可作为碳源诱导根际肠杆菌成长，而肠杆菌又可促进拮抗细菌——芽孢杆菌富集，芽孢杆菌能够对镰刀菌发生抗性，然后建立起植物的防护机制。”论文一起榜首作者、南京农业大学资源与环境学院副教授荀卫士说。\n\n 新发现带来作物选育新思路\n\n 研讨人员对瓜类植物天然产品转运机制，以及转运蛋白怎么调控植物根际微生物组的研讨，为深化开发使用瓜类植物的潜能，供给了新的思路。\n\n “此前，对葫芦素调控机制的解析，为使用葫芦素抗虫的特性培养优质新品种供给了分子靶标。”尚轶说，黄瓜育种专家已使用这一机制培养出“叶苦抗虫、果实不苦”的优质新品种，处理我国华南地区黄瓜易变苦的难题，相关效果获得了2018年度国家天然科学奖二等奖。\n\n 此外，葫芦素组成机制的解析，为使用组成生物学技能异源高效组成葫芦素供给了先决条件。在此基础上，葫芦素转运蛋白的发现，将进一步加快葫芦素组成生物学研讨。“经过转运蛋白完成或加快葫芦素定向胞外运送，然后下降其对细胞成长的担负或毒性，有利于进步葫芦素产值，一起也能够简化葫芦素的纯化流程。”尚轶说。\n\n 此项研讨，也有助于进步葫芦素在有害生物综合治理中的使用远景。 【修改:邵婉云】