Science - 诱导植物根瘤共生信号传导的核心受体复合物

豆科植物受益于驻扎在根瘤中固氮的共生微生物，而大多数其他植物则依赖外部提供或收集氮。活细胞必须不断监测其环境以整合变化，并与邻近的细胞和微生物沟通。细胞表面受体感知外部信号并将刺激转化为细胞内反应。然而，对于探索单个受体如何在协调下游反应的信号复合体中组装和发挥作用，人们的理解有限，也缺乏方法。

2023年1月19日，国际顶级学术期刊Science发表了丹麦奥胡斯大学Kasper Andersen和Simona Radutoiu（Science | 重磅研究揭示植物如何区分有益和有害微生物！Nature Microbiology | 宿主匹配改善根部微生物组的生长！）团队的最新相关研究成果，题为Nanobody-driven signaling reveals the core receptor complex in root nodule symbiosis的研究论文。

科研人员利用管理植物与微生物相互作用的单通道跨膜细胞表面受体，在体内解决这一问题。植物与大量的微生物相互作用，需要区分那些构成风险的微生物和那些提供潜在益处的微生物。为此，植物使用模式识别受体，包括LysM受体，感知微生物衍生的碳水化合物信号并作出细胞内反应。植物的LysM受体识别保守的细胞壁成分，如来自病原真菌的几丁质，丛枝菌根共生中的Myc因子，以及与根瘤菌固氮共生的Nod因子。对模式豆科植物Lotus japonicus（Lotus）的遗传研究已经确定了两个LysM Nod因子受体，NFR1和NFR5，以及共生受体激酶SYMRK，它们分别启动和控制导致根瘤器官形成和感染的两个发育程序。这三个受体的功能缺失突变使植物不能建立根瘤共生关系。

为了研究受体在信号传递过程中如何协作并定义活性受体复合物，科研人员开发了一种称为纳米抗体的合成方法以驱动细胞表面受体的组装和激活，并通过操纵支配植物与固氮菌共生的受体来应用这一概念。科研人员利用纳米抗体的干预来确定诱导豆科植物根瘤共生中信号传导的核心受体复合物。科研人员表明，Lotus japonicus的Nod因子受体NFR1和NFR5构成了核心受体复合体，启动了皮层根瘤器官发生程序以及控制感染的表皮层程序。科研人员发现器官形成的信号是由细胞内激酶结构域介导的，而感染则需要功能性的外延结构域。最后，科研人员确定了进化上相距甚远的大麦受体来激活根瘤器官发生，这可以使生物固氮工程进入谷类。在谷物大麦中发现的受体，它不形成共生固氮根瘤，但能够支持Lotus根瘤器官的形成，这表明谷物中固氮的路径可能比我们想象的要短。

小麦族多组学网站：http://wheatomics.sdau.edu.cn

投稿、合作等邮箱：shengweima@icloud.com

微信群: 加群点击小麦研究联盟交流群