根據發表在 e生活,植物用來識別和應對常見害蟲毛蟲的防禦機制,是從一個經過數百萬年進化的單一基因進化而來的,報告 Phys.org 門戶.
華盛頓科學家的一項研究表明,一些植物,如大豆,隨著時間的推移已經失去了這種保護基因,但專家建議重新引入該基因(通過育種、基因工程)可能有助於保護作物免於歉收。
植物的健康狀況取決於 它繼承的免疫系統。 在植物中,這意味著繼承某些類型的模式識別受體,這些受體可以檢測各種病原體和肽並觸發適當的免疫反應。
繼承正確類型的模式識別受體可以讓植物識別威脅並應對疾病和害蟲。
為了填補這一空白,該團隊著手確定使植物能夠應對共同威脅的關鍵進化事件:毛蟲。 眾所周知,包括綠豆和黑眼豆在內的豆科植物具有獨特的能力,可以對毛毛蟲啃食植物葉子時嘴裡產生的肽做出反應。
科學家們詳細研究了這組植物的基因組,以了解一種稱為 inceptin 受體 (INR) 的常見模式識別受體是否在數百萬年內發生了變化,從而獲得或失去了識別毛蟲的能力。
他們發現一個 28 萬年前的受體基因與植物對毛毛蟲肽的免疫反應完美匹配。 他們還發現,在最先開發出受體基因的最古老植物祖先的後代中,有幾種物種無法對毛毛蟲肽產生反應,也就是說,它們已經失去了這種基因。
為了了解這個古老的基因如何獲得識別現代病原體中新肽的能力,該團隊使用了一種稱為祖先測序的技術,他們將來自所有現代受體的信息結合起來。 預測 28 萬年前原始序列的基因。 這種祖先受體能夠對毛毛蟲肽作出反應。 然而,一個稍舊的版本在受體序列上有 16 個變化,但失敗了。
這 遺傳史,連同顯示古代和現代受體結構可能有何不同的計算機模型,提供了受體如何進化的線索。 這表明,在 32 萬多年前,一個關鍵的新基因插入物被引入到一種祖先植物的基因組中,隨後這種新受體的多種形式迅速進化。 其中一種形式獲得了對毛蟲肽作出反應的能力,這種新能力現在被數十種後代豆科植物共享。
未來,科學家們希望更多地了解產生新受體多樣性的基因組水平過程,並確定植物群中未知的免疫受體。 隨著越來越多 有了基因組數據,這些方法將識別“缺失”的受體,這些受體是有用的特性,可以重新引入植物以幫助保護作物。