树叶和根是怎么说话的

树叶和根是怎么说话的

新的发现表明，来自茎部的微RNA通过下调一种基因，使豆科植物根系容易受到共生感染，否则这种基因会阻碍根系对共生细菌的反应。这些发现帮助我们了解如何使固氮共生高效，以及我们需要做什么来从农学角度利用它。

一个国际研究小组发现，一种被称为微RNA miR2111的小RNA序列在豆科植物的叶子和根部之间传播，可以与根系细菌形成固氮共生关系。进入根部之后，miR2111可以确保植物易受共生感染。根表达的基因通常会阻碍根对共生细菌的反应，而miR2111会干扰该基因的活性。这一发现也解释了为什么没有根的根不能开始固氮共生，这一发现刚刚发表在国际科学杂志上。

这项新发现颠覆了我们之前对植物如何控制共生关系的理解，因为研究结果表明，在植物接触细菌之前，调节感染的机制就已经存在。这种资源昂贵的解决方案确保了一旦出现了合适的细菌，植物就能迅速做出反应，这强调了控制是宿主植物防止滥用的关键。

豆类、豌豆和大豆和豆类一样，都含有大量蛋白质。这就是为什么素食者和农民都对它们有很高的需求。与谷物、土豆或苹果树等其他植物不同，豆科植物进化出了在根部的特殊器官中寄生固氮细菌的能力。这些细菌被称为根瘤菌，它们以氨的形式向植物寄主提供减少的氮，作为交换，它们从植物那里获得了充足的矿物质和碳水化合物营养。因此，豆科植物在没有化学氮肥的情况下快乐地生长——这对于它们作为农作物的价值非常重要，特别是在土壤贫瘠、氮素含量低的地区。

需要严格控制共生关系

由于寄主植物向它们的细菌伙伴传递有价值的营养，它们必须严格控制共生的发展。过量的感染事件将不可避免地导致细菌共生成为致病性的环境，而植物也会受到影响。一些基因参与了结瘤共生的宿主控制，这一过程被称为共生自调控。尽管结瘤发生在根系，但自调节涉及到宿主植物的根和芽。这是很重要的，因为监测树叶的营养状况是决定一个特定植物的根共生有多少益处的关键方面。

因此，茎和根通过特定的信号进行通信，根据植物的需要调节共生关系。感染后，小肽在根部产生，并通过漏斗状木质部血管到达叶片，在那里它们与一种叫做HAR1的特殊受体蛋白相互作用。这种受体的丧失导致植物形成太多的感染和结节，导致植物发育不良。在根部，有一种叫做TML的基因(太多的爱)需要保持感染和结节在一个健康的水平。但到目前为止，还不清楚“从开枪到根”的通信是如何发生的，以及在专门监管TML活动中涉及哪些发射信号。根中大量的TML会抑制新的感染。TML基因甚至在未受感染的植物中也具有活性，如果不受控制，它将阻止共生的建立。

该研究组鉴定出的微RNA 2111 (miR2111)主要在叶子中产生，并通过韧皮部传递到根中，在那里它专门下调了TML信使RNA渲染根易受细菌入侵的丰度。在感染后两天内，miR2111停止流动，并开始自我调节，以平衡共生到一个有益的水平。

根与芽之间的协调沟通

除了重新塑造我们对共生自动调节的理解之外，新的研究结果还表明，微rna可以作为特定的移动信使，在植物的根和芽之间进行通信。这给了我们一个令人兴奋的视角，让我们了解植物如何作为整个身体单元，连接器官边界，协调对环境线索的反应。从长期来看，这些结果可以用来微调豆科芽与根之间的通讯，优化不利环境条件下的固氮。