研究人员揭示了植物真菌共生的核心基因组

博伊斯汤普森研究所(BTI)的研究人员进行的一项新研究发现了一种名副其实的基因库，这些基因被植物用来与真菌形成共生关系，大大增加了这种农业价值相互作用的遗传基础知识。

大多数陆生植物通过与称为丛枝菌根(AM)共生的土壤真菌的共生关系获得大部分矿物质营养。但是，尽管进行了数十年的研究，但形成这种关系所需的许多基因仍然是难以捉摸的。现在，随着广泛可用的基因组序列的出现，BTI研究人员能够比较50种植物基因组，以鉴定由能够共生AM共生的植物共享的138种基因。这些发现出现在“ 自然植物 ”杂志上，可能最终使我们更接近于开发没有添加肥料而茁壮成长的植物。

“目前，我们的研究领域只发现了少数几种专门用于AM共生的基因，我们知道我们的知识存在巨大差距，”资深作者Maria Harrison说，他是BTI的William H. Crocker教授。“这138种基因是一种宝贵的资源，为植物细胞携带真菌共生体提供了新的见解。”

过去，研究人员通过耗时的遗传筛选确定了与AM共生有关的基因，这可能需要五年才能完成。通过这种方法从桶状药用植物(Medic藜苜蓿)中鉴定出一些基因后，研究人员指出，这些AM共生基因中的一些缺失来自另一种不携带真菌的植物物种。这种认识激发了Nathan Pumplin，他是Harrison实验室的前研究生，他开始采用基因组比较方法，以期找到更符合这种模式的基因。

“这种方法依赖于化石证据支持的观点，AM共生只是在陆地植物进化的早期进化过一次，因此所有携带共生的植物都可能遗传了一组相似的基因。失去了这种能力的植物群体据推测，形成共生关系已经失去了所需的基因，“博士后科学家，论文的第一作者阿曼多·布拉沃说，他继续开发这个项目。

Bravo与BTI的生物信息学分析师Thomas York合作，比较了可以形成共生的34 种植物的基因组序列，而不能形成共生的16 种。他们一起挑选出仅在形成AM共生的植物中发现的基因，并从最初的62,000种可能性列表中获得，仅得到138个基因。已知其中15个在AM共生中发挥作用，Bravo通过培养那些基因突变的桶状医生并检查它们形成成功共生的能力来测试该组中7个未知基因的准确性。其中六个基因的突变导致了错误的相互作用。

对发现的新基因的分析突出了共生期间脂质生物合成的重要性。虽然分析不能单独列出植物共生所需的每个基因，但它确实挑选出除了共生之外没有其他功能的基因。“我认为它确实向你展示了生物信息学的力量，”BTI的合着者兼副教授Lukas Mueller说。“如果你有很多基因组，你就有更多的力量来回答问题。”在未来，研究人员计划调查剩余的131个基因，并用它们来了解共生的发展和调节。

几乎所有的主食作物都与AM共生，因此通过作物育种来优化这种相互作用可以提高产量并减少对肥料的需求。

为了开始这项工作，研究人员获得了三合会基金会的慷慨资助，该基金会是一家位于伊萨卡的国家慈善组织。该补助金支持难以通过传统资金来资助的高风险，高回报的研究。该研究还得到了美国国家科学基金会(#IOS-1127155)的支持。

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