促进植物健康与细菌进行基因交换的作用

最近的一项研究揭示了植物和细菌如何交换基因以促进植物的健康和发育。研究小组发现，小型、快速生长的植物(拟南芥)与其细菌同伴之间转移了75个基因，影响了碳水化合物代谢和激素合成等关键过程。这一发现不仅加深了我们对植物生物学的理解，还为通过先进的生物技术提高作物的适应性和生产力开辟了令人兴奋的可能性。

该研究由希伯来大学环境科学研究所的AsafLevy博士牵头，与以色列理工学院生物学院的YuliaFridman博士、HitaishiKhandal博士和SigalSavaldi-Goldstein教授合作，揭示了一种动态的跨界水平基因转移(HGT)，它可能彻底改变我们对植物和细菌生物学以及农业实践的理解。

植物依赖复杂的细菌群落，这对植物的健康和发育至关重要。研究小组推测并证实，植物与其微生物群之间密切而长期的关系促进了罕见的水平基因转移现象，即基因在不同物种之间直接转移。

在一项新发现中，莱维博士及其团队发现了75个独特基因，这些基因在拟南芥(一种常见的研究模型植物)和细菌之间水平转移。植物从细菌中获得了59个基因，而细菌在进化过程中从植物中获得了至少16个基因。这些基因主要增强碳水化合物代谢和生长素生物合成，这对植物生长调节和免疫反应至关重要。

例如，一种名为链霉菌的细菌从植物中获得了一种基因，这种基因使它们能够分解几丁质，而几丁质是一种在昆虫和真菌中普遍存在的化合物。此外，该研究还发现了111个在细菌和真核生物(不一定是植物)之间转移的基因。

此外，该研究还证实了这些发现，表明放线菌门的细菌基因在拟南芥中表达时，可以纠正与植物DET2基因突变相关的生长缺陷。DET2对于合成一种名为油菜素类固醇的植物激素至关重要。这些激素对植物的生长发育至关重要。

缺乏DET2基因的植物会长得矮小，但研究人员在植物体内表达细菌同源的DET2基因后，却能长出正常大小的植物，证明两种基因具有相同的功能。

“这项研究突显了植物-微生物相互作用的复杂性，我们惊讶地发现，基因是由生命之树上位置如此遥远的生物获得的，例如细菌和植物。植物获得的细菌基因必须经过一些变化才能在植物细胞内活跃。研究基因获得和进化的机制将会很有趣。这项研究为生物技术在农业中的应用开辟了新途径，”Levy博士说。

“如果我们了解某些基因转移的原因和方式，那么理解和利用这些基因转移可能会带来创新策略，以提高作物的适应力和生产力。如果细菌与其他生物(如动物，包括人类)交换基因，那也很有趣。”

随着全球农业面临气候变化和人口增长带来的日益严峻的挑战，迫切需要创新来提高作物的适应力和生产力。据预测，植物-微生物相互作用的进步可能会大幅提高全球粮食产量，满足日益增长的粮食安全需求。目前，农业部门每年花费数十亿美元用于抗击植物疾病和环境压力。

更多信息：ShellyHaimlich等人，植