28年前基因保护今天的植物对毛毛虫

植物的防御机制用来识别和应对常见的害虫——毛毛虫出现了从单个基因进化了几百万年,根据今天公布的一份报告eLife。

研究发现,一些植物,如大豆,失去了这种保护性基因随着时间的推移,和表明,种植植物或基因工程重新引入的基因可以防止作物歉收。

植物的健康状况取决于免疫系统继承。在植物中,这意味着继承某些类型的模式识别受体可以识别不同的病原体和herbivore-derived肽,并触发一个适当的免疫反应。

“继承正确的类型的模式识别受体可以让植物识别威胁和应对疾病和害虫,”解释了作者Simon Snoeck生物学系博士后研究员,美国华盛顿大学。“虽然我们知道很多pest-derived分子激活免疫反应在植物,植物进化而来的我们的知识意义上新的威胁的能力是有限的。”

解决这一差距,团队开始定义关键的进化事件,使植物应对共同威胁——毛毛虫。是已知物种在一群豆类——包括绿豆、豇豆唯一能够响应肽生产从毛毛虫的嘴咀嚼时通过植物的叶子。所以他们看着这群植物的基因组的深度是否一个常见的模式识别受体称为Inceptin受体(INR)改变了数百万年来,得到或失去的能力承认毛毛虫。

他们发现,一个2800万岁的受体基因完全符合卡特彼勒肽植物免疫反应。他们还发现,在最古老的植物的祖先的后代第一个受体基因进化,一些物种无法应对卡特彼勒肽已经失去了基因。

了解这个古老的基因获得承认新肽从今天的病原体的能力,研究小组使用了一种叫做祖先序列重建,他们结合信息从所有现代受体基因预测2800万岁的原始序列。这个祖先受体能够应对卡特彼勒肽。然而,稍微旧版本不能16受体的变化序列。

这种基因历史,连同计算机模型显示古代和现在的受体结构可能不同,提供线索的受体是如何进化的。它表明有一个关键的新基因插入祖先植物的基因组3200万多年前,其次是快速进化的不同形式的新的受体。这些形式之一获得了卡特彼勒肽的反应能力,和这个新功能现在共享在几十个后代豆科物种。

“我们已经确定了的出现和二次损失关键免疫特征对植物进化,”资深作者总结亚当•斯泰因布里纳生物学系助理教授,华盛顿大学。“在未来,我们希望了解更多关于基因组水平过程产生新的受体多样性和植物组织内免疫受体识别未知的等待。提高基因组数据可用时,这种方法将确定“失踪”受体是有用的性状引入到工厂来帮助保护作物。”

参考:艾布拉姆森BW Snoeck年代,首先分析加西亚,伊根,迈克尔•TP闆a进化得失HAMP贷款的工厂模式识别受体识别。巴特R,艾德。eLife。2022;11:e81050。doi:10.7554 / eLife.81050。

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