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剑桥大学塞恩斯伯里实验室(SLCU)的科学家们取得了一项突破性的发现,揭示了共生真菌和病原真菌尽管亲缘关系较远,但它们利用一组相似的蛋白质来操纵和栖息在植物中。这项研究使用先进的人工智能技术比较了这些真菌的分泌蛋白,揭示了植物与真菌相互作用的机制。这些发现对农业和自然生态系统具有重大意义,因为了解这些分子工具可以增强潜在有益的植物-真菌关系,同时也带来对病原体易感性增加的风险。
Sebastian Schornack 和他在 SLCU 的研究团队致力于识别和表征新的丛枝菌根 (AM) 效应子,这些效应子是共生真菌分泌的蛋白质,以促进它们在植物根部的定殖。在寻求解开致病真菌和共生真菌所采用的策略的过程中,该团队利用了 AlphaFold2 AI 计算机程序,这是一种预测蛋白质结构的强大工具。这使他们能够比较共生真菌和病原真菌的分泌蛋白,最终发现两种真菌基因组中编码的一组结构相似的蛋白质。
该研究的结果对植物健康和农业具有深远的影响。共生真菌,如 AM 真菌,在养分吸收、促进植物生长和防御病原体方面发挥着至关重要的作用。另一方面,病原真菌(如尖孢镰刀菌)是破坏性病原体,威胁着香蕉和油棕等重要作物。被称为尖镰孢番茄双结构域蛋白 (FOLD) 的共享蛋白的鉴定表明,这些蛋白有助于共生真菌和病原真菌成功栖息在植物中的能力。
Schornack 博士强调,虽然增强作物中的 AM 关系可能有利于植物生长,但也可能增加它们对病原体的脆弱性。这一发现提出了关于这些蛋白质在共生真菌中的存在和功能以及对植物-微生物相互作用的潜在影响的问题。
了解共生体和病原体所使用的效应器的多样性和相似性对于揭示植物-微生物相互作用的复杂性至关重要。尽管植物-病原体关系中的效应蛋白得到了相对充分的研究,但我们对植物-共生体相互作用(例如涉及 AM 真菌的相互作用)的了解仍然有限。揭示植物与共生体关系中涉及的各种效应器是肖纳克团队正在进行的研究的一个重点。
这项开创性的研究是在盖茨比慈善基金会、英国皇家学会和欧洲研究理事会的资助下得以实现的。