LysM嵌合受体调节植物共生和防御信号的研究进展

植物与环境微生物在长期进化过程中逐渐形成复杂的共生或防御体系。如豆科植物可通过细胞表面的结瘤因子受体(Nod factor receptor，NFR)特异地识别结瘤因子(Nod factors，NFs)信号，诱导根瘤的形成。而拟南芥的CERK1(chitin elicitor receptor kinase 1)可感知几丁质或几丁质寡聚糖，诱导植物的防御信号。尽管二者信号类型存在较大的差异性，但此类受体均含有LysM结构域，且可识别几丁质寡聚糖或其衍生物(如：NF)激活下游的信号通路。

中山大学生命科学学院有害生物控制与资源利用国家重点实验室Christian Staehelin教授课题组通过互换共生和防御LysM受体的不同结构域，研究植物嵌合受体在调节细胞信号输出过程中的作用。将百脉根NFR1和NFR5的胞外LysM结构域分别与拟南芥CERK1的胞内结构域融合，后用Rhizobium sp. NGR234或NFs处理共表达嵌合基因(NFR1-CERK1和NFR5-CERK1)的拟南芥cerk1植株(CERK1功能缺失突变体)叶片，对比表达单个嵌合受体植株的处理结果，发现ROS活性和几丁质反应相关基因(MAP3、WRKY33、WRKY53和Nit4)的表达水平均被显著上调，而叶片中真菌菌丝的生长和黄枯面积的扩张也得到有效地抑制。类似地，将水稻OsCERK1(O. sativa chitin elicitor receptor kinase 1)和OsCEBiP(O. sativa chitin elicitor binding protein)的胞外结构域分别与NFR1和NFR5的胞内结构域和跨膜结构域融合。几丁八糖和几丁质可诱导共表达OsCERK1-NFR1和OsCEBiP-NFR5的百脉根NFR突变体[nfr1-1(pNIN::GUS)和nfr5-2(pNIN::GUS)]中NIN基因(共生信号通路中Marker gene)的表达活性。

上述结果表明，交换结构相近或相似的蛋白受体结构域，可形成具有特定功能的嵌合受体。几丁质或几丁质寡聚糖可诱导豆科植物的共生信号，而在非豆科植物中，可以用NFs提高植株的抗性。

此研究不仅有助于更好地理解共生和防御信号转导的调控机制，而且对合理利用共生细菌提高非豆科植物的抗性奠定了理论基础。

该研究结果以Functional analysis of chimeric lysin motif domain receptors mediating Nod factor-induced defense signaling in Arabidopsis thaliana and chitin-induced nodulation signaling in Lotus japonicus为题，Christian Staehelin教授和谢致平副教授为通讯作者，发表在植物学领域权威期刊The Plant Journal上（Plant J. 2014 Apr. 78(1): 56-69）。

相关工作得到了973项目，国家自然科学基金及广东省自然基金的资助。