植生生态所科研人员揭示小G蛋白调控豆科植物根瘤共生互作新机制

3月20日，《The Plant Cell》杂志在线发表了中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所王彦章副研究员及其学生完成的“The Small GTPase ROP10 of Medicago truncatula Is Required for Both Tip Growth of Root Hairs and Nod Factor-Induced Root Hair Deformation”研究论文。该研究论文报道了小G蛋白ROP10调控豆科植物根瘤共生过程中根毛变形的分子机制。

在共生建立过程中，根毛是根瘤菌进入豆科植物根细胞从而完成根瘤菌侵染的主要通道。为了捕获根瘤菌，根毛经历了一系列的形态改变，包括根毛顶端膨大、分杈和卷曲，这些形态变化涉及到根毛的去极性生长、新的生长点的选择和起始以及新的极性顶端生长的重建过程。然而，根瘤菌所诱导的根毛变形是一个独特的发育程序，其中的机制并不清楚。

本研究发现根瘤菌分泌的寡糖信号分子—结瘤因子能够诱导根毛中ROP10短暂地上调表达，而且可以改变根毛顶端质膜上ROP10蛋白的定位。响应结瘤因子处理和根瘤菌侵染，ROP10:GFP定位于结瘤因子诱导的新极性生长点、分杈根毛以及包裹根瘤菌的卷曲根毛的质膜上。进一步的研究发现，ROP10以依赖于GTP结合的形式与结瘤因子受体激酶 NFP的激酶区互作。而且，过表达野生型和GTP结合形式的ROP10也增强结瘤因子诱导的标记基因ENOD11的表达。该研究结果揭示了结瘤因子在时空上调节ROP10蛋白在根毛顶端质膜上的定位和激活，而且ROP10以GTP结合的激活形式与结瘤因子受体激酶互作，从而被招募参与控制共生早期过程中根毛变形和卷曲，起始根瘤菌侵染。 该研究结果提出了豆科植物共生体系建立过程中根毛细胞极性变化以及根毛侵染起始调控的新线索，显著促进了对于根瘤共生过程的根毛变形分子机制的理解。

该工作得到了科技部973计划和国家自然科学基金委项目的资助。（植生生态所）