根据发表在 e生活据报道,植物用来识别和应对常见害虫毛毛虫的防御机制,源自一个经过数百万年进化的单一基因 Phys.org 门户.
华盛顿的研究发现,随着时间的推移,一些植物,如大豆,已经失去了这种保护基因,但专家建议,重新引入该基因(通过选择性育种或基因工程)可以帮助保护作物免遭歉收。
植物的健康取决于 它继承的免疫系统。 在植物中,这意味着继承某些类型的模式识别受体,可以检测各种病原体和肽并触发适当的免疫反应。
遗传正确类型的模式识别受体可以使植物识别威胁并应对疾病和害虫。
为了解决这一差距,研究小组着手确定关键的进化事件,这些事件使植物能够应对常见的威胁:毛毛虫。 人们已经知道,包括绿豆和黑眼豌豆在内的豆类物种具有独特的能力,能够对毛毛虫咀嚼植物叶子时口中产生的肽做出反应。
科学家们详细研究了这组植物的基因组,以查明一种常见的模式识别受体,称为起始素受体(INR),在数百万年的时间里是否发生了变化,获得或失去了识别毛毛虫的能力。
他们发现,一个 28 万年前的受体基因与植物对毛虫肽的免疫反应完美匹配。 他们还发现,在最早发育出受体基因的最早植物祖先的后代中,有几个物种无法对毛毛虫肽做出反应,也就是说,它们已经丢失了该基因。
为了了解这种古老的基因如何获得识别来自现代病原体的新肽的能力,研究小组使用了一种称为祖先序列重建的技术,在该技术中,他们结合了来自所有现代受体的信息。 预测 28 万年前原始序列的基因。 这种祖先受体能够对毛毛虫肽做出反应。 然而,稍旧的版本(受体序列发生了 16 处变化)失败了。
这 遗传史,加上显示古代和现代受体结构可能有何不同的计算机模型,为受体如何进化提供了线索。 这表明,超过32万年前,一个新基因的关键插入被引入到祖先植物的基因组中,随后各种形式的新受体迅速进化。 其中一种形式获得了对毛毛虫肽做出反应的能力,这种新能力现在被数十种豆科植物后代所共享。
未来,科学家希望更多地了解基因组规模的过程,这些过程产生新的受体多样性,并识别植物群体中未知的免疫受体。 随着越来越多的数量到达 通过基因组数据,此类方法将识别“缺失”的受体,这些受体是重新引入植物以帮助保护作物的有用特征。