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小麦抵抗真菌的机理研究获得突破
日期:2019-04-08 作者:编译:串丽敏 来源:农科智库 点击:
     俄罗斯Medical University的科学家们研究了小麦对致病真菌引起的破坏做出的响应。他们检测了因感染导致的细胞死亡过程中涉及的酶的活性,发现植物对病原体的抗性大小主要取决于一组编码在DNA中的蛋白酶,这些酶会参与到感染细胞的死亡过程并防止感染进一步扩散。研究结果发表于《International Journal of Molecular Sciences》上。
    尽管小麦在农业中占据十分重要的位置,然而小麦对病原体做出的响应只有泛泛的描述,并没有关注特定的蛋白质。由于小麦和大多数其他植物一样,是同源多倍体,即每一个细胞都拥有多组染色体。加之小麦基因组十分复杂,包含了107000个基因,几乎超过人类基因组的五倍,进而导致了研究的复杂性。
    小麦暴露在细菌、病毒、真菌、线虫动物门、昆虫等各种各样的病原体中。其中有些有害微生物寄生在活的植物细胞上,减缓细胞的生长速度(生物营养性病原菌),其他则以细胞为食,导致细胞死亡(坏死性病原菌)。
    科学家们使用了引起小麦叶锈病的生物营养性病原菌和损害叶片、麦穗、籽粒的坏死性病原菌两种病原菌,研究了其对Khakasskaya和Daria两种小麦品种感染真菌后的响应。他们采用了液相色谱和质谱相结合的特殊方法。液相色谱法是一种用来鉴别液体流中混合物的技术。由于物质被不同程度地吸收,混合物被分成不同的组分。质谱是一种根据中性原子和分子的质量电荷比将其电离成带电离子的技术,甚至可以精确测定复杂的有机化合物。
    通过以上方法,科学家们发现了1554种酶,属于丝氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、金属蛋白酶等五种催化型蛋白酶,并确认了不同植物栽培品种中常见的蛋白酶比例比预期的要低。但是,不同类型的蛋白酶之间的差异几乎是均等的,表明这些酶可能相互替代。
    蛋白酶的研究有助于预测在结构中的精确位置。这些区域的水解过程可能会在蛋白水解级联的过程中被激活。这一连锁反应能让有机物迅速激活大量酶来帮助自己抵御感染。
    最重要的是,在受感染植物中发现的蛋白酶的激活不涉及具有半胱天冬酶样或半胱天冬酶样活性的酶。尽管早先有人认为这种蛋白酶会启动蛋白水解酶级联激活,从而导致植物有机体的细胞死亡。但结论是,其他一些独特的蛋白酶可能参与小麦对生物营养性病原体和坏死性病原体感染的早期反应。当然,这一结果应该通过实验用其他方法加以证实。
    对酶进行详尽的研究能够帮助科学家澄清它们的分类,科学家描述了多组酶的同源(最相似的蛋白质),并说明了这些酶在系统发生树(展示蛋白质之间的演化距离)上的位置。例如,科学家们已经确认了不同类型的天冬氨酸蛋白酶的差异很大,可能没有亲缘关系,却各自独立获得了类似的功能。
    这项研究也有助于阐明植物细胞凋亡的具体机制。众所周知,动物体内主要的凋亡调节因子之一是半胱天冬酶,这种蛋白水解酶能将细胞破坏成不同的元素。科研人员越来越清晰地意识到存在细胞凋亡现象,但是植物却没有凋亡蛋白酶。研究发现植物还有其他酶会进行凋亡蛋白酶的活动。这些酶很有可能就像在动物体内一样,在植物细胞内执行着同样的细胞死亡过程。不过研究已经证明,在小麦的植物细胞凋亡激活剂中,有些酶不会进行凋亡蛋白酶的活动。这再一次验证了各种真核生物中存在不同的细胞凋亡机制。
(来源:AgroNews  北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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