研究揭開導致植物種間競爭的神秘面紗

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植物在生長發育的過程中，通過根系分泌多種化合物，從而影響鄰近植物生長發育的現象，被稱為植物化感作用。早在2300多年前植物學作為一門學科建立之初，亞里士多德的學生、“植物學之父”提奧弗拉斯特就觀察到化感作用。抑制性的化感作用在作物與雜草，本土和入侵植物，作物連作障礙，甚至是作物殘留或腐殖的秸稈之間都廣泛存在。但其具體的作用機理未知。

近日，北京大學生命科學學院研究員王偉團隊與首都師范大學生命科學學院教授周冕團隊歷時8年合作，突破性地報道了首個感知植物種間競爭的酚酸類化感物質的受體蛋白RBP47B。相關成果以兩倍長文的篇幅在《自然—植物》發表研究論文。《自然—植物》同期也刊登了對本研究的評述文章“酚酸介導的翻譯沉默”。

王偉在接受《中國科學報》采訪時表示，我國每年產生超過9億噸秸稈。秸稈腐殖過程中產生的大量的酚酸類化感物質對后一輪作物生長具有顯著的抑制作用。由于酚酸類化感物質的結構多樣性較高，多年來其受體也一直未被發現，植物中是否存在能夠直接結合并識別多種酚酸物質的受體蛋白一直是化感領域中極具爭議性的重大科學問題。

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模式圖：酚酸通過RBP47B蛋白感知信號從而抑制植物生長     謝周麗供圖

該研究建立了酚酸、應激顆粒（SG）、相分離、翻譯抑制和物種間生長抑制性互作的關聯，解決了領域內尚不清楚的幾個關鍵問題：1、鑒定到首個酚酸類化感物質的受體；2、揭示了酚酸是如何通過促進蛋白的液-液相分離，從而促進SG的形成；3、闡明了SG是在植物中如何抑制翻譯，從而抑制植物的生長的分子機理。該研究一方面揭示了酚酸通過調控翻譯抑制植物生長的新機制，另一方面為今后在植物蛋白相分離和SG領域的相關研究提供了理論基礎和技術依據。

目前，除了具有化感作用的作物可以分泌酚酸，農作物秸稈在發酵后的代謝物質中也含有大量酚酸。王偉認為，該研究也將為農業生產中農作物的秸稈還田應用提供指導。

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從左至右分別為：李瑩博士、趙帥博士、謝周麗博士、王偉研究員     謝周麗供圖

王偉和周冕為論文共同通訊作者。北京大學海外交流引進博士后謝周麗、博士后趙帥和李瑩為共同第一作者。該研究得到蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室、國家自然科學基金、北京大學生命科學學院、生命科學聯合中心、海外交流引進博士后項目的資助。