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劍橋大學塞恩斯伯里實驗室(SLCU)的科學家們取得了一項突破性的發現,揭示了共生真菌和病原真菌儘管親緣關係較遠,但它們利用一組相似的蛋白質來操縱和棲息在植物中。這項研究使用先進的人工智慧技術比較了這些真菌的分泌蛋白,揭示了植物與真菌相互作用的機制。這些發現對農業和自然生態系統具有重大意義,因為了解這些分子工具可以增強潛在有益的植物-真菌關係,同時也帶來對病原體易感性增加的風險。
Sebastian Schornack 和他在 SLCU 的研究團隊致力於識別和表徵新的叢枝菌根 (AM) 效應子,這些效應子是共生真菌分泌的蛋白質,以促進它們在植物根部的定殖。在尋求解開致病真菌和共生真菌所採用的策略的過程中,該團隊利用了 AlphaFold2 AI 計算機程序,這是一種預測蛋白質結構的強大工具。這使他們能夠比較共生真菌和病原真菌的分泌蛋白,最終發現兩種真菌基因組中編碼的一組結構相似的蛋白質。
研究的結果對植物健康和農業有深遠的影響。共生真菌,如 AM 真菌,在養分吸收、促進植物生長和防禦病原體方面發揮著至關重要的作用。另一方面,病原真菌(如尖孢鐮刀菌)是破壞性病原體,威脅香蕉和油棕等重要作物。被稱為尖鐮孢番茄雙結構域蛋白 (FOLD) 的共享蛋白的鑑定表明,這些蛋白質有助於共生真菌和病原真菌成功棲息在植物中的能力。
Schornack 博士強調,雖然增強作物中的 AM 關係可能有利於植物生長,但也可能增加它們對病原體的脆弱性。這項發現提出了關於這些蛋白質在共生真菌中的存在和功能以及對植物-微生物相互作用的潛在影響的問題。
了解共生體和病原體所使用的效應器的多樣性和相似性對於揭示植物-微生物相互作用的複雜性至關重要。儘管植物-病原體關係中的效應蛋白得到了相對充分的研究,但我們對植物-共生體相互作用(例如涉及 AM 真菌的相互作用)的了解仍然有限。揭示植物與共生體關係中涉及的各種效應器是肖納克團隊正在進行的研究的一個重點。
這項開創性的研究是在蓋茲比慈善基金會、英國皇家學會和歐洲研究理事會的資助下實現的。