Nature Plants | 约翰英纳斯中心揭示被子植物细胞内共生保守信号通路为陆生植物多样性提供分子证据

欢迎点击查看：

大约4亿五千年，植物是陆地生态系统的基础，它们在陆地上繁衍可能是通过与丛枝菌根真菌互利共生关系来促进的。许多学者认为，线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的细菌和蓝藻，真核生物能将吞噬细菌所得的糖类进行酵解取得能量。当这种细菌被原始真核细胞吞噬后，即与宿主细胞间形成互利的共生关系，原始真核细胞利用这种细菌（原线粒体）充分供给能量，而原线粒体从宿主细胞获得更多的原料。随着这一基础建立，植物多样化伴随着微生物共生体多样性的改变而同时发生改变，从细胞外组织到紧密连接胞内，真菌或细菌共生寄主植物细胞内。（点击话题：植物共生微生物）

2020年3月20日英国约翰英纳斯中心Guru V. Radhakrishnan 等合作者在Nature Plants发标题为“An ancestral signalling pathway is conserved in intracellular symbioses-forming plant lineages”研究论文，作者揭示了被子植物细胞内共生学说，陆生植物与共生菌进化导致的植物多样化。作者筛选了涵盖整个陆生植物进化关系的271份转录组和116个植物基因组，共生菌包括AMS，根瘤共生，外生菌根，兰花菌根，蓝藻菌群角苔和蕨类植等。AMS共生菌对绝大多数被子植物是必须的，对缺失AMS被子植物导致基因丢失，例如SymRK, CCaMK, CYCLOPS, GRAS，RAD1，ABC这些基因（图1）。在不存在互利共生的情况下，在AMS缺失情况下，有6个基因持续丢失，具有了更广泛的基因组阵列，AMS在陆地植物中的特异性基因。总之，植物胞内共生导致了基因丢失，基因正选择、或共生基因的假基因化，与感染相关的基因在具有细胞内共生的被子植物中得以保存。最后，作者利用细胞学手段揭示了陆地植物中CCaMK和CYCLOPS在不同的共生(AMS，根瘤)中进化和发育(配子体)保守的生化特性（图2）。

作者证明了一种被子植物胞内共生普遍进化的信号通路，从古老的丛枝菌根到最近被子植物中杜鹃花状菌根和兰科菌根以及苔藓植物中杜鹃花状菌群。通过比较形成细胞外共生的物种，如外生菌根，以及那些与蓝藻细菌相结合的细菌，丢失了这种信号通路。该研究也表明了共生可能依赖于细胞外共生体的相互作用可能没有利用与细胞内共生相同的分子机制，这表明了外生菌根和蓝藻选择进化轨迹的出现。

图1. 陆地植物保守的共生基因。

图2. 陆地植物共生基因CCaMK和CYCLOPS生化特性

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-020-0613-7

喜欢就转发、收藏，点“在看”