植物如何區分有益微生物和有害微生物
2020/09/01 @國際
摘要
丹麥奧胡斯大學研究團隊發現豆科植物的固氮作用的機制，找出Nod結晶結構的受體並應用植物工程、結構生物學、系統性功能等研究技術，確立了其機制係應用細胞表面的LysM辨識幾丁質以及Nod小型基因結構序列，促使豆科植物產生免疫與共生反應的重要緣由，而研究團隊未來也想將此機制應用於穀類作物，減少氮肥汙染，也使較貧困的農民受惠，減少化學肥料的支出。
示意圖
豆科植物透過共生菌–根瘤菌將大氣中的氮固定於根部中。因此，植物必須有能夠精確地辨識出共生體之機制，以免遭到病原菌感染。為此，奧胡斯大學的研究團隊發現豆科植物利用在細胞表面不同受體蛋白（LysM）上的小型基因結構序列來辨別致病性（幾丁質）或共生信號分子（Nod因子），從而將訊號傳遞出來使植物產生抗菌防禦或共生反應，該研究發表於Science國際期刊。
事實上，所有陸生植物皆有LysM，但尚不清楚植物對微生物會產生何種反應。因此，研究團隊透過使用相似的受體來辨別重要元素，但具有相反的功用以做為系統分析之背景。其中，Nod受體的第一個結晶結構是一項突破，使研究團隊對這些受體有更好的了解，進而引領植物工程的研究。Simon Boje Hansen表示為了真正了解這些受體，需要將結構生物學、生物化學與系統性功能試驗相互結合並應用於植物中，透過使用這種方法，研究團隊確定了在LysM1中辨識幾丁質和Nod因子的小型基因結構序列，這些小型基因結構序列即是產生免疫和共生反應的重要因素。【延伸閱讀】基因工程提升抗瘧疾藥物於植物中含量
Kasper Røjkjær Andersen表明這些極少數但很重要的殘基可將免疫與共生受體分開，而研究人員不但能鑑定出來，同時首次證明出透過改變這些殘基可重新編程LysM。此項研究成果為LysM提供工程設計所需的概念性理解，讓研究團隊朝向使穀類植物也具有豆科植物固氮能力之目標邁進，藉以降低會造成汙染的商業氮肥，並嘉惠較為貧困的農民。
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