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体育彩票中国科学家揭示名贵中药材天麻与蜜环菌的共生机制

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  天麻(Gastrodia elata)作为一种珍贵中药材,最早记录于《神农本草经》,列为上品。天麻的人工栽培一度被认为是世界性难题。上世纪60年代,我国科学家徐锦堂先生操纵蜜环菌初次伴栽天麻成功,竣事了天麻不强人工栽培的汗青。为此,陕西药农自觉集资为徐锦堂先生雕塑,赞誉他为“天麻之父”。半个世纪过去了,天麻的出产反面临着品种改良、手艺更新、质量提拔等一系列新问题,火急需要从生物学角度深切领会天麻与蜜环菌共生关系及其构成机制。

  动物和真菌(菌根)之间的共生关系始于4.5亿年前,共活泼物能够从菌根中获得碳和其他养分。99%以上的兰科动物都部门依赖于共生菌根,还有一类兰科动物的整个生命周期都需要完全依赖于菌根的养分。天麻是一种完全异养的兰科动物,在它的生命周期中与至多两品种型的真菌相关:种子萌生靠紫萁小菇供给养分,构成原球茎后靠蜜环菌才能一般发展。在栽培过程中,天麻大部门时间以块茎的形式在地下糊口,且花茎上的叶片和苞片高度退化,这些特征与其完全异养的糊口体例相关。论文供给了天麻高质量的参考基因组,并用来揭示其完全异摄生活体例的分子根本,对领会动物与真菌互作具有主要意义,将有助于中药材天麻产量和质量的提拔以及推进相关财产的成长。

  利用WGS对天麻基因组进行测序,通过K-mer阐发预估基因组大小为1.18 Gb。编码18,969个基因,理论上是迄今为止发觉的被子动物基因数量起码的基因组。与铁皮石斛、小兰屿蝴蝶兰比拟,天麻履历了普遍的基因缺失,即便那些在其他动物物种中保守的基因也履历了大量的缺出事务,可能是其顺应完全异摄生活体例的成果。天麻中的3,586个基因家族发生了收缩,且丢失了2961个基因。因为不需要进行光合感化,天麻的质体基因组收缩为35,326 bp并发生较着重组,且只保留了12个编码光合复合体卵白(NEP)的基因。

  虽然天麻基因组履历了普遍的基因丢失,但发觉了430个基因家族在天麻中扩张,猜测这些扩张的基因与天麻完全异摄生活体例相关。研究团队起首通过测序并拆卸线粒体基因组来验证这个设法。成果表白,与大大都其他种子动物比拟,天麻的线粒体基因组的大小显著扩大为1339kb。同时发觉天麻中票据叶甘露糖连系凝固素抗真菌卵白(GAFP)基因的数量添加,GAFP卵白能够抑止子囊菌和担子菌的发展。在天麻与蜜环菌成立了不变的共生关系之前,跨越80%的GAFP基因在原球茎和米麻中高度表达。通过连系16S核糖体和rDNA ITS序列阐发,发觉细菌和真菌的多样性在原球茎阶段显著较低(P0.05),这与GAFP的基因表达模子相分歧。随后细菌和真菌的多样性添加,意味着蜜环菌能够影响微生物群落及其与共生生物的联系。

  因为没有光合感化的能力,天麻完全依托共生菌供给养分。研究团队发觉独角金内酯是天麻与蜜环菌共生关系成立的主要信号,其感化机制与推进动物和从枝菌根共生的机制雷同。在天麻中,独角金内酯生物合成和运输环节基因carotenoid cleavage dioxygenases(CCDs)和ABC transporters(PDRs)的数量添加,且受控尝试证明独角金内酯能够推进蜜环菌菌丝分支,有助于成立天麻和蜜环菌的共生关系。而天麻中钙调素依赖性卵白激酶DMI3基因的数量也添加,有助于进一步伐控蜜环菌在天麻上中定植(侵染共生)。显微布局阐发表白,定植(侵染共生)后蜜环菌菌丝的发展将次要限制在天麻的皮层,这与PDRs基因在皮层直达录程度最高相分歧。皮层是天麻最次要的代谢核心,在该组织中水解酶、转运体等基因的转录程度也根基为最高。endo--1,4-D-xylanase和-glucosidase基因在天麻中的数量添加,二者被认为在水解蜜环菌菌丝壁中阐扬了环节的感化,其为天麻供给的碳源。此外,基因数量添加的还有glutamate N-acetyltransferase和ureases,它们是精氨酸生物合成以及尿素代谢的环节基因,被认为在天麻氮素转运中阐扬了环节的感化。彩票APP白菜群

  这些成果展示了完全异养动物若何操纵基因组的可塑性,即通过实现普遍的基因收缩以至丢失、扩张以及基因的新功能化来完成其奇特的糊口史,可作为动物与菌根共生研究的模式。该研究对于进一步开展天麻栽培手艺的提拔、定向新品种选育,以及包管药材的产量和质量均具有主要的意义。

  该论文由中国西医科学院中药资本核心、中国科学院动物研究所、北京诺禾致源科技股份无限公司、湖北西医药大学、安徽西医药大学、云南省农业科学院配合完成。(来历:科学网)

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