豆科植物中凯氏带(Casparian strip)与固氮结瘤的关联研究

《SCIENCE》:Apoplastic barriers are essential for nodule formation and nitrogen fixation in Lotus japonicus

【字体: 时间:2025年03月21日 来源:SCIENCE 44.7

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  为探究豆科植物结瘤与凯氏带形成关系,研究人员以百脉根为对象,发现两者存在重要联系,意义重大。

  维管植物通过在细胞外空间形成一种名为凯氏带(Casparian strip)的屏障来调节水分和养分通过根部的流动。研究人员鉴定出了参与百脉根(Lotus japonicus,一种能与固氮细菌形成共生关系的豆科植物)中凯氏带形成的基因。此外,研究发现,缺乏凯氏带的突变体形成固氮根瘤的能力较弱,这意味着这些过程之间存在联系。凯氏带的存在还影响了调节结瘤的根 - 茎信号肽的表达。这项研究拓展了凯氏带的作用,并将其与植物根部结瘤的空间调节联系起来。
凯氏带这种质外体根屏障在根发育早期就已形成。在豆科植物中,这个区域与固氮根瘤的形成区域重叠,这就引发了结瘤和屏障形成之间可能存在关联的猜想。根瘤中也含有凯氏带,但在这种情况下,其作用尚不明确。研究人员构建了百脉根中存在屏障缺陷的突变体。结果表明,内皮层中有效的质外体阻断对于结瘤所依赖的根 - 茎信号至关重要。研究进一步发现,在根瘤中,凯氏带形成的遗传机制与根中是相同的。质外体阻断控制着固氮所需的代谢源 - 库状态。这表明凯氏带可作为研究空间受限的植物 - 微生物共生关系的模型系统。

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