豆科植物固氮根瘤形成的分子机理

中国生物技术信息网,2012-06-06

有研究证明，部分具有III型分泌系统的细菌病原菌能够通过III型分泌系统将III型效应因子分泌到宿主细胞中，从而抵御宿主细胞的防御反应。部分根瘤菌也具有III型分泌系统，能够分泌III型效应因子到豆科植物中干扰宿主的防御反应。在根瘤菌Rhizobia sp. NGR234，几种效应因子(NopL，NopT，NopP，NopM)已经被定性，且与植物的防御反应相关。例如NopL干扰烟草的促细胞分裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 途径，NopT诱导烟草的超敏反应 (HR)。

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教授课题研究组与巴塞尔大学Thomas Boller教授课题研究组等合作，通过多种传统及现代生化分子技术实验，发现了根瘤菌NGR234的III型效应因子NopM是一种新型的泛素连接酶，且该泛素连接酶活性对于增加扁豆 (Lablab purpureus) 的结瘤数目有重要作用。同时在其它非宿主细胞，如酵母及烟草的实验中发现NopM与防御反应相关。当其在酵母 (Saccharomyces cerevisiae) 细胞中表达时，NopM会干扰信息素α-factor激活的MAPK途径。同样当其在烟草(Nicotiana benthamiana) 细胞中表达时，NopM能够降低flg22诱导的活性氧 (ROS) 的产生。结果表明：当NopM被分泌到宿主扁豆细胞后，能够泛素化宿主细胞防御反应的相关蛋白，导致该蛋白的降解。 此次发现对进一步探索根瘤菌III型效应因子在共生固氮作用中的分子机制奠定了良好基础。

该项研究工作在2012年5月17日以Functional analysis of NopM, a novel E3 ubiquitin ligase (NEL) domain effector of Rhizobium sp. strain NGR234为题，发表于PLoS Pathogens [8(5): e1002707]。Christian Staehelin教授为通讯作者，Christian Staehelin教授指导的博士研究生辛大伟为第一作者。