微生物分子把植物变成僵尸:可能含有解药的诅咒

拟南芥中的女巫扫帚

植物等离子体效应剂SAP05诱导拟南芥女巫帚状体。图片来源:约翰英尼斯中心

僵尸植物,女巫的扫帚和可能含有解药的诅咒。

一种新发现的由寄生细菌用来减缓植物衰老的操纵机制,可能为保护受疾病威胁的粮食作物提供新的方法。

寄生虫操纵它们赖以生存的有机体来满足它们的需求,有时会以极端的方式。在寄生虫的魔力下,一些植物经历了如此广泛的变化,以至于它们被称为“僵尸”。它们停止繁殖,只作为寄生病原体的栖息地和宿主。

到目前为止,人们对这在分子和机制层面上是如何发生的知之甚少。

约翰英纳斯中心的霍根霍特小组及其合作者的研究发表在细胞他发现了一种由植物原体细菌产生的操纵分子,可以劫持植物的发育。当在植物内部时,这种蛋白质导致关键的生长调节剂被分解,引发异常生长。

植物原体细菌是一种微生物,因其能够对宿主植物的发育进行重新编程而臭名昭著。这类细菌通常是树中出现的“女巫扫帚”的罪魁祸首,树中过多的树枝长得很密。

这些浓密的枝干是植物处于植物人“僵尸”状态的结果,无法繁殖,因此会进入“永葆青春”状态。

植物原体细菌还可以导致毁灭性的作物疾病,如紫菀黄萎病,它会导致谷物和叶作物如生菜、胡萝卜和谷物的严重减产。

该研究的通讯作者Saskia Hogenhout教授说:“植物浆是一个引人注目的例子,说明基因的影响范围可以超越生物体,影响周围的环境。

“我们的发现为这种扩展表型背后的分子机制提供了新的线索,这可能有助于解决食物生产的一个主要问题。”我们强调了一种很有前景的策略,通过工程植物来实现作物对植物浆的持久抗性。”

新的发现显示了被称为SAP05的细菌蛋白质是如何利用宿主自身的分子机制来操纵植物的。

这种被称为蛋白酶体的机制通常会分解植物细胞内不再需要的蛋白质。SAP05劫持了这一过程,导致在调节生长和发育中起重要作用的植物蛋白被有效地扔进一个分子循环中心。

如果没有这些蛋白质,植物的发育就会被重新编程,有利于细菌的生长,从而触发多个营养芽和组织的生长,延缓植物的衰老。

通过对模型植物的遗传和生化实验拟南芥,该团队详细揭示了SAP05的作用。

有趣的是,SAP05直接与植物发育蛋白和蛋白酶体结合。直接结合是一种新发现的降解蛋白质的方法。通常,被蛋白酶体降解的蛋白质事先会被一种叫做泛素的分子标记,但这里不是这样。

SAP05所针对的植物发育蛋白与在动物体内发现的蛋白质相似。研究小组很想知道SAP05是否也会影响携带细菌的昆虫。他们发现,动物体内这些宿主蛋白的结构差异很大,它们不会与SAP05相互作用,因此不会影响昆虫。

然而,这次调查只让研究小组确定了两个

Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called "essential" for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.