11月28日，Molecular Plant 以封面文章發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究組題為A LysM Receptor Heteromer Mediates Perception of Arbuscular Mycorrhizal Symbiotic Signal in Rice 的研究。該研究發現OsMYR1是菌根因子（Myc factor）的受體，闡明水稻類受體蛋白複合體OsMYR1/OsCERK1識別菌根因子的分子機制。同時，該研究還通過改造OsMYR1/OsCERK1蛋白複合體，提高了水稻對固氮根瘤菌所分泌的結瘤因子（Nod factor）的識別能力，為遺傳改造非豆科作物進行根瘤共生固氮提供了新思路。
叢枝菌根是陸生植物與叢枝菌根真菌之間形成的一種互利互惠的共生，幫助植物高效從土壤中獲取磷、氮等營養，同時宿主植物主要以脂肪酸的形式把碳源傳遞給菌根真菌，向生態系統輸入碳源（Science, 2017; Molecular Plant, 2017; The Plant Cell, 2014）。共生的建立起始於植物-微生物之間特異信號分子對話：植物根部釋放的信號小分子（如獨角金內酯）可激活叢枝菌根真菌，誘導菌根因子的分泌。菌根因子是由4~5個N-乙醯葡萄糖胺（N-acetylglucosamine）脫水縮合形成的含有脂肪鏈（Myc-LCOs）或不含脂肪鏈（CO4/CO5）的幾丁質寡聚糖；前期的研究表明菌根因子被OsCERK1介導的蛋白複合體識別（Plant Journal, 2015），通過轉錄因子複合體IPD3-DELLA-DIP1（Cell Research, 2014; Nature Communications, 2016）激活共生相關基因的表達，但植物識別菌根因子的受體還有待發現。
王二濤團隊利用反向遺傳學方法鑑定到一個菌根共生水平顯著降低，且對菌根因子（CO4）不敏感的水稻突變體Osmyr1（Myc factor receptor 1）。OsMYR1編碼一個含有LysM結構域的類受體蛋白激酶，其定位於細胞質膜上，與OsCERK1相互作用，並被OsCERK1磷酸化。進一步研究發現，OsMYR1的胞外域對菌根因子（CO4）具有較高親和力。OsMYR1結合CO4既能促進OsMYR1/OsCERK1類受體蛋白複合體的形成，能提高二者的磷酸化水平，揭示了水稻OsMYR1/OsCERK1蛋白複合體識別菌根因子的分子機制。此外，為了改造水稻識別固氮根瘤菌分泌的結瘤因子，該研究團隊分別將OsCERK1和OsMYR1的胞外域替換成蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）結瘤因子受體MtLYK3和MtNFP的胞外域，從而形成嵌合受體MtLYK3-OsCERK1和MtNFP-OsMYR1。結果表明，在水稻中穩定表達嵌合受體能顯著提高水稻對結瘤因子的識別能力，為遺傳改造非豆科作物進行根瘤固氮共生提供了新思路。
王二濤為論文通訊作者，已畢業研究生何江曼為論文第一作者，張弛和戴慧玲也對該研究做出很大的貢獻。其中生化和電生理實驗是與分子植物卓越中心研究員張鵬、肖友利、王永飛和何祖華合作完成。該研究得到國家自然科學基金委員會、科技部「973」計劃和中科院等的資助。
研究發現植物菌根因子受體
來源：中國科學院分子植物科學卓越創新中心
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