中山大學團隊發現苜蓿結瘤因子水解酶對苜蓿結瘤的重要作用

近日，中山大學Christian Staehelin教授團隊在The Plant Cell期刊發表題為「Role of the Nod Factor Hydrolase MtNFH1 in Regulating Nod Factor Levels during Rhizobial Infection and in Mature Nodules of Medicago truncatula」的研究論文。研究發現苜蓿根瘤的發生和正常生長依賴於合適的結瘤因子濃度，過高過低的濃度都會導致根瘤畸形。在這個過程中，結瘤因子水解酶MtNFH1具有重要的調控作用。

根瘤菌是指一類可以引起豆科植物結瘤固氮的土壤細菌。根瘤菌在宿主植物根系分泌的黃酮類等物質的誘導下， 合成並分泌一類多糖信號分子（lipochitooligosaccharides，LCOs，脂殼寡糖），即結瘤因子。植物感知結瘤因子後，通過一定的信號轉導途徑，誘導宿主植物產生一系列生理生化反應，形成一個新的器官－根瘤。根瘤菌與宿主之間共生的建立是一個相互識別、協同作用、雙方相關基因共同參與，並隨環境條件和細胞內的生理變化而自主調節的複雜過程。

豆科植物與固氮根瘤菌之間的共生關係依賴細菌的結瘤因子(NFs)激活宿主植物的NF信號途徑。結瘤因子在植物中可以被一類宿主中的酶失活，如苜蓿中的MtNFH1 (MEDICAGO TRUNCATULA NOD FACTOR HYDROLASE 1)。與幾丁質酶不同，MtNFH1既不會水解幾丁質也不會水解幾丁質的組分。這暗示MtNFH1對於結瘤因子具有更高的剪切偏好。研究人員研究了MtNFH1在苜蓿與苜蓿中華根瘤菌共生過程中的作用。當有根瘤菌刺激時， MtNFH1在根毛細胞被稱為感染室（infection chamber）的彎曲頂端聚集。利用突變體研究發現，缺少MtNFH1延遲了根瘤菌在根毛細胞的感染，表明過量的結瘤因子負調控侵染線的起始。MtNFH1缺失導致了幼嫩根瘤中產生了根瘤肥大和不正常的根瘤分支。用正常根瘤菌接種過表達MtNFH1的植物以及野生型植物接種能過量產生結瘤因子根瘤菌菌株都出現根瘤分支的表型。因此，MtNFH1對於結瘤因子濃度的精細調控是產生最佳的根毛侵染以及結瘤因子調控的成熟根瘤生長所必需的。

Figure 6. Nodulation Phenotype of thenfh1-3Mutant.

Plants were inoculated withS. melilotiRm41.

(A) Unbranched nodules formed on M. truncatula R108 wild-type roots (20 dpi).

(B) Wild-type nodules formed on roots of a wild-type sibling line ofnfh1-3(20 dpi).

(C-D) Bifurcate (C) or palmate-coralloid (D) nodules formed on roots of thenfh1-3mutant (20 dpi).

(E-F) Microscopic analysis of a wild-type (E) and nfh1-3 (F) nodule (20 dpi). Sections were stained with ruthenium red. M: meristem (indicated with asterisks); NVB: nodule vascular bundle; OC: outer cortex; PVM: provascular meristem (red arrow). Bars = 2 mm in (A-D), 200 μm in (E-F).

通訊作者簡介

Christian Staehelin.

博士，教授，博士生導師

Christian Staehelin教授1962年生於瑞士巴塞爾，現任中山大學生命科學學院特聘教授、博士生導師，有害生物控制與資源利用國家重點實驗室植物基因資源與遺傳改良方向學術帶頭人。

先後參與了廣東省自然基金委的重點科研項目、廣東省科技廳、國家自然科學基金的多個科研項目，並擔任各研究項目負責人。973「固氮」項目，項目組組長。中山大學「百人計劃」引進人才。

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