DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08424-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39814887
تاريخ النشر: 2025-01-15
المؤلف: Nicola Cook وآخرون
الموضوع الرئيسي: تثبيت النيتروجين في البقوليات
نقاش
في هذه الدراسة، حدد الباحثون طفرة سائدة من نوع كسب الوظيفة (GOF) في حلزون S1 من قناة الكاتيون غير الانتقائية 15 (CNGC15) التي تؤدي إلى تنشيط ذاتي لمجمع CNGC15، مما يؤدي إلى تذبذبات منخفضة التردد للكالسيوم ($Ca^{2+}$). تعزز هذه التذبذبات اكتساب العناصر الغذائية من خلال تعزيز التعايش الجذري مع الريزوبيا والفطريات الميكورية الجذرية (AM) في *Medicago truncatula*. ومن الجدير بالذكر أن الطفرات المماثلة في قمح CNGC15 حسنت أيضًا استعمار AM تحت ظروف الحقل، مما يشير إلى تطبيقات محتملة في الممارسات الزراعية لتعزيز فعالية الأسمدة الحيوية.
كما أوضحت الدراسة دور DMI1، وهو بروتين يتفاعل مع CNGC15، كمنظم لتذبذبات $Ca^{2+}$. بينما سمحت طفرات GOF بتذبذبات $Ca^{2+}$ تلقائية في غياب DMI1، كان DMI1 ضروريًا لتذبذبات عالية التردد اللازمة لعدوى فعالة في البشرة بواسطة الريزوبيا. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الأبحاث أن طفرات GOF يمكن أن تعزز استعمار AM حتى في التربة الغنية بالعناصر الغذائية، مما يشير إلى مسار لتقليل الاعتماد على الأسمدة الكيميائية. كشفت التحليلات النسخية والتمثيلية أن تذبذبات $Ca^{2+}$ منخفضة التردد تعدل تعبير الجينات المشاركة في إنتاج الفلافونويد، والتي تعتبر حاسمة للتفاعلات التعايشية، مما يوفر رؤى حول الآليات الجزيئية الكامنة وراء هذه العلاقات التعايشية المعززة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08424-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39814887
Publication Date: 2025-01-15
Author(s): Nicola Cook et al.
Primary Topic: Legume Nitrogen Fixing Symbiosis
Discussion
In this study, the researchers identified a dominant gain-of-function (GOF) mutation in the S1 helix of the Cationic Non-selective Gated Channel 15 (CNGC15) that leads to autoactivation of the CNGC15 complex, resulting in low-frequency calcium ($Ca^{2+}$) oscillations. These oscillations enhance nutrient acquisition by promoting root nodule symbiosis with rhizobia and arbuscular mycorrhizal (AM) fungi in *Medicago truncatula*. Notably, similar mutations in wheat CNGC15 also improved AM colonization under field conditions, suggesting potential applications in agricultural practices to enhance biofertilizer efficacy.
The study further elucidated the role of DMI1, a protein that interacts with CNGC15, as a pacemaker for $Ca^{2+}$ oscillations. While the GOF mutations allowed for spontaneous $Ca^{2+}$ oscillations in the absence of DMI1, DMI1 was essential for high-frequency oscillations necessary for effective epidermal infection by rhizobia. Additionally, the research demonstrated that the GOF mutations could enhance AM colonization even in nutrient-rich soils, indicating a pathway to reduce reliance on chemical fertilizers. Transcriptomic and metabolomic analyses revealed that low-frequency $Ca^{2+}$ oscillations modulate the expression of genes involved in flavonoid production, which are crucial for symbiotic interactions, thereby providing insights into the molecular mechanisms underlying these enhanced symbiotic relationships.