网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Science | 凯氏带新功能!调控根瘤形成和固氮

0
分享至

在维管植物中,根内皮层作为皮层最内侧的细胞层,包裹维管组织并发挥关键的过滤功能。这一功能依赖于内皮层细胞壁局部木质素沉积形成的凯氏带,迫使营养物质通过主动运输跨膜进入维管组织,从而确保植物对养分吸收的选择性和调控能力。凯氏带的形成始于根发育早期,与根毛伸长同步。在豆科植物中,凯氏带形成区域与根瘤菌易感区(即根瘤形成区域)空间上重合,但凯氏带与根瘤形成的内在联系仍是未知的。此外,根瘤发育过程中形成的根瘤维管组织与主根的维管组织相连,是植物与根瘤菌氮碳营养交换的重要通道。与根维管组织类似,根瘤维管组织也被含有凯氏带的内皮层包裹。然而,根瘤凯氏带的具体生理功能仍不清楚。

近日,德国马克斯普朗克植物育种研究所Tonni Grube Andersen团队与合作者在Science发表题为“Apoplastic barriers are essential for nodule formation and nitrogen fixation in Lotus japonicus”的研究论文。该研究通过鉴定百脉根凯氏带突变体,揭示了凯氏带通过诱导地下和地上信号转导调控根瘤形成的生物学功能,并阐明了根瘤内凯氏带通过调控氮碳交换维持固氮功能的机制。该研究确立了凯氏带作为研究空间受限的植物-微生物共生关系的模型系统,为深入理解植物-微生物互作中屏障结构的生理功能提供了新的理论框架。

前期研究表明,拟南芥中凯氏带的形成受到MYB36转录因子、SCHENGEN3(SGN3)受体激酶及其下游SGN1的协同调控。在百脉根中,Ljmyb36、Ljsgn1和Ljsgn3突变体均缺失凯氏带,表明这些基因在百脉根中的调控功能是保守的(图1)。

图1 与野生型Gifu相比,Ljmyb36,Ljsgn1和Ljsgn3突变体表现出凯氏带缺失的表型。红色信号代表碱性品红染色后的木质素,凯氏带(CS)呈现网格状结构。维管组织的木质部由于含有木质素,同样被碱性品红染色。

更重要的是,这些突变体表现出结瘤延迟、结瘤数目减少和固氮能力下降等共生表型缺陷,而这些缺陷源于结瘤自调控系统(Autoregulation of Nodulation)的紊乱。深入研究表明,在低氮条件下,凯氏带通过诱导氮饥饿信号小肽CEP1在根中的表达,促进microRNA2111(miR2111)在地上部分的合成,并抑制其靶基因、结瘤负调控因子TOO MUCH LOVE (TML)在根瘤菌易感区的表达,从而促进根瘤形成(图2)。这一发现揭示了凯氏带除了调控养分吸收,还参与调控植物的低氮胁迫响应、调节结瘤自调控系统从而促进根瘤及时发生的新机制。

图2 凯氏带系统性调控根瘤形成的模型。CS,凯氏带;SZ,根瘤菌易感区。

根瘤中的根瘤菌将氮气固定为氨,植物再将其转化为天门冬酰胺等氨基酸,并通过根瘤维管组织向根瘤外运输,为植物宿主提供氮源。与此同时,植物通过根瘤维管组织为根瘤菌提供蔗糖等碳源,以维持固氮活动。该研究揭示,根瘤凯氏带与根凯氏带的形成机制具有保守性,并发现根瘤凯氏带缺失突变体的根瘤内天门冬酰胺、蔗糖及营养元素的分布显著改变(图3)。这一发现表明,凯氏带通过调控根瘤内营养物质的运输和分布,确保氮碳高效交换,从而维持根瘤固氮的正常功能。

图3 与野生型Gifu相比,根瘤凯氏带缺失突变体Ljmyb36中天门冬酰胺和蔗糖的分布发生了显著改变。NV,根瘤维管组织。

德国马克斯普朗克植物育种研究所申德峰博士为论文第一作者,Tonni Grube Andersen博士为论文通讯作者。丹麦哥本哈根大学、德国科隆大学、德国慕尼黑大学的学者对本研究做出了重要贡献。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado8680

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
杀疯了!胡塞炮轰总统府,沙特彻底慌了!

杀疯了!胡塞炮轰总统府,沙特彻底慌了!

大嘴说天下
2026-10-16 22:15:04
真可怜啊!网友同情明星,不火了只能接廉价商演,一场仅仅5万元左右!评论区被气得不轻!

真可怜啊!网友同情明星,不火了只能接廉价商演,一场仅仅5万元左右!评论区被气得不轻!

谭谈社会
2026-08-25 14:40:14
墙倒众人推!这一次,谁也“救”不了落井下石被“反噬”的杨议

墙倒众人推!这一次,谁也“救”不了落井下石被“反噬”的杨议

历史的烟火
2026-10-16 15:33:07
浙江男子肠癌晚期伴肝转移,44岁的弟弟陪诊后怕了,主动去检查,竟也确诊直肠癌

浙江男子肠癌晚期伴肝转移,44岁的弟弟陪诊后怕了,主动去检查,竟也确诊直肠癌

环球网资讯
2026-10-16 19:08:18
正式复出,45岁邹市明官宣决定,听从妻子建议,出场费或曝光

正式复出,45岁邹市明官宣决定,听从妻子建议,出场费或曝光

一盅情怀
2026-08-14 09:30:46
大家发现没有了吗?油车跑1000公里要500块,电车跑1000公里呢?

大家发现没有了吗?油车跑1000公里要500块,电车跑1000公里呢?

白米饭怎么吃
2026-08-04 20:31:41
太荒唐!中国留学生在莫斯科大学课堂身披旭日旗,课桌摆日军军帽,网传他来自南京

太荒唐!中国留学生在莫斯科大学课堂身披旭日旗,课桌摆日军军帽,网传他来自南京

王老师你还好吗
2026-10-16 02:16:50
18国外长发表联合声明 反对哥伦比亚在耶路撒冷设立驻以使馆

18国外长发表联合声明 反对哥伦比亚在耶路撒冷设立驻以使馆

环球网资讯
2026-10-16 19:29:08
痛心!心脏三院院士在西安参会猝死,满屋心脏专家,却无力回天

痛心!心脏三院院士在西安参会猝死,满屋心脏专家,却无力回天

牛锅巴小钒
2026-10-15 06:41:53
中国长鑫存储4F² DDR5内存技术遭华尔街分析师质疑:年内推出不等于领先三星两年 良率才是关键

中国长鑫存储4F² DDR5内存技术遭华尔街分析师质疑:年内推出不等于领先三星两年 良率才是关键

cnBeta.COM
2026-10-14 20:27:27
遭遇苦主,切尔西近9次客战埃弗顿输6场,连续3场未能破门

遭遇苦主,切尔西近9次客战埃弗顿输6场,连续3场未能破门

懂球帝
2026-10-17 00:16:15
央视红人洛桑之死,时隔25年后,搭档博林坦白:他根本没喝多少酒

央视红人洛桑之死,时隔25年后,搭档博林坦白:他根本没喝多少酒

微风轻拂面
2026-10-01 09:22:46
1.58亿砸下去,得州选情还是50比47

1.58亿砸下去,得州选情还是50比47

报错免疫体
2026-10-16 08:26:47
国籍风波不过7年,央视出手,邓亚萍迎噩耗,曝出两点重要信息

国籍风波不过7年,央视出手,邓亚萍迎噩耗,曝出两点重要信息

梨花黛娱
2026-04-08 14:51:22
中国必须高度警惕越南将发生的分裂危机!

中国必须高度警惕越南将发生的分裂危机!

叶老四
2026-08-31 08:51:57
外卖员发照片说家人已签收,网友点开图片一看笑疯了:哈哈,外卖已被小猫签收!

外卖员发照片说家人已签收,网友点开图片一看笑疯了:哈哈,外卖已被小猫签收!

拜见喵主子
2026-08-27 21:20:35
拉莫斯:非常失望,争取下一场以崭新的面貌给球迷们一个交代

拉莫斯:非常失望,争取下一场以崭新的面貌给球迷们一个交代

懂球帝
2026-10-16 23:12:10
将公安职权作为谋取私利工具,黑龙江省公安厅原厅长毕宝文被公诉

将公安职权作为谋取私利工具,黑龙江省公安厅原厅长毕宝文被公诉

界面新闻
2026-10-16 10:36:45
乡政府拖欠工程款本息超5000万,企业赢了官司还是要不回钱

乡政府拖欠工程款本息超5000万,企业赢了官司还是要不回钱

澎湃新闻
2026-10-16 16:10:06
土媒爆吴梦洁被加拉塔萨雷看中!顶替塞拉出战,多次传出留洋绯闻

土媒爆吴梦洁被加拉塔萨雷看中!顶替塞拉出战,多次传出留洋绯闻

排球黄金眼
2026-10-16 14:03:43
2026-10-17 02:44:49
BioArt植物 incentive-icons
BioArt植物
植物科学领域最新研究进展
9451文章数 8734关注度
往期回顾 全部

科技要闻

杨天若院士:AI是中国弯道超车的机会

头条要闻

李斌、何小鹏等多人发声 "特斯拉会飞"有三大疑问待解

头条要闻

李斌、何小鹏等多人发声 "特斯拉会飞"有三大疑问待解

体育要闻

工资一分不要,曼联名将想把母队带回西甲

娱乐要闻

郭富城现身香港大学,袁咏仪夫妇全程冷漠不搭话

财经要闻

港交所拟2028年下半年实施T+1结算

汽车要闻

特斯拉会飞?全新Roadster亮相

态度原创

游戏
家居
亲子
旅游
公开课

终末地刚开新版本就画大饼,玩家却说香疯了?

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

亲子要闻

从1米高度看世界!深圳福田首届儿童双年展即将开幕

旅游要闻

古城的南门路边集市比三月街还热闹,这里才是实打实的本地市井

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版