促进植物健康：与细菌基因交换的作用

最近的一项研究揭示了植物和细菌如何交换基因以促进植物的健康和发育。该团队发现了75个在快速生长的小植物（拟南芥）与其细菌伴侣之间转移的基因，影响了碳水化合物代谢和激素合成等关键过程。这一发现不仅深化了我们对植物生物学的理解，而且为通过先进的生物技术提高作物的抗逆性和生产力开辟了令人兴奋的可能性

这项研究由希伯来大学环境科学研究所的Asaf Levy博士领导，与以色列理工学院生物系的Yulia Fridman博士、Hitaishi Khandal博士、Sigal Savaldi Goldstein教授合作，揭示了一种动态的跨王国水平基因转移（HGT），这可能会彻底改变我们对植物和细菌生物学以及农业实践的理解

该研究发表在《ISME Communications》杂志上

植物依赖于一个复杂的细菌群落，这对它们的健康和发育至关重要。研究小组假设并证实，植物与其微生物群之间密切而长期的关系促进了罕见的水平基因转移现象，即基因在不同物种之间直接转移

在一项新发现中，Levy博士和他的团队确定了75个在拟南芥（一种常用的研究模式植物）和细菌之间水平转移的独特基因。植物从细菌中获得了59个基因，细菌在进化过程中从植物中获得了至少16个基因。这些基因主要增强碳水化合物代谢和生长素生物合成，对植物生长调节和免疫反应至关重要

例如，一组细菌，链霉菌，从植物中获得了一种基因，使它们能够分解甲壳质，甲壳质是一种在昆虫和真菌中普遍存在的化合物。此外，该研究确定了111个在细菌和真核生物（不一定是植物）之间转移的基因

此外，该研究通过证明来自放线菌门的细菌基因在拟南芥中表达时，可以纠正与植物DET2基因突变相关的生长缺陷，从而验证了这些发现。DET2对于一种名为油菜素内酯的植物激素的合成至关重要。这些对植物的生长和发育至关重要

缺乏DET2基因的植物是矮秆植物。然而，通过在植物体内表达细菌同源DET2基因，研究人员能够获得正常大小的植物，证明这两个基因具有相同的功能

“这项研究突显了植物-微生物相互作用的复杂性，我们惊讶地发现，基因是由位于生命树上如此遥远的生物获得的，如细菌和植物。植物获得的细菌基因必须经过一些变化才能在植物细胞内活跃。研究基因获得和进化的机制将是有趣的。这项研究为农业中的生物技术应用开辟了新的途径，”Levy博士说

“如果我们了解某些基因转移的原因和方式，了解和利用这些基因转移可能会导致提高作物抗逆性和生产力的创新策略。如果细菌与包括人类在内的动物等其他生物交换基因，这也很有趣。”

随着全球农业面临气候变化和人口增长带来的日益严峻的挑战，迫切需要提高作物抗御力和生产力的革新。根据预测，植物与微生物相互作用的进步可能会大幅增加全球粮食产量，满足日益增长的粮食安全需求。目前，农业部门每年花费数十亿美元对抗植物病害和环境压力 More information: Shelly Haimlich et al, Widespread horizontal gene transfer between plants and bacteria, ISME Communications (2024). DOI: 10.1093/ismeco/ycae073