Science | 重磅研究揭示植物如何区分有益和有害微生物！

植物能够识别有益的微生物，并将有害的微生物拒之门外，这对植物的健康生产和全球粮食安全非常重要。科学家们现在发现了豆科植物是如何利用受体蛋白中明确的小模体来读取病原微生物和共生微生物产生的分子信号。这些显著的发现使研究人员能够将免疫受体重新编程为共生受体，这是将固氮共生向谷类作物工程化的第一个里程碑。

豆科植物在共生菌的帮助下固定大气中的氮，这些共生菌被称为根瘤菌，它们在植物的根部定殖。因此，植物必须能够精确地识别其共生菌，以避免被病原微生物感染。为此，豆科植物利用位于其根部细胞表面的不同LysM受体蛋白。发表在《Science》杂志上题目为Ligand-recognizing motifs in plant LysM receptors are major determinants of specificity的研究中，奥胡斯大学领导的一个国际研究小组表明，病原菌（几丁质）或共生信号分子（Nod因子）被受体上的小分子模体识别，这些小分子模体将信号输出导向抗菌防御或共生。

所有的陆地植物都有LysM受体，可以确保对各种微生物信号的检测，但植物如何决定对进入的微生物进行共生或免疫反应是未知的。论文的作者们首先提出了是否可以通过使用非常相似的受体，但具有相反的功能作为系统分析的背景来确定重要的元素？获得Nod因子受体的第一个晶体结构是一个突破，可以对这些受体有更好的理解，并有利于在植物中工程化。

嵌合受体识别域对几丁质和Nod因子信号转导很重要

该研究结合了结构辅助解剖LysM受体中的定义区域进行生化实验和植物体功能分析。为了真正了解这些受体，作者们将结构生物学和生物化学与植物中的系统功能测试相结合。通过使用这种方法，研究人员在几丁质和Nod因子受体的LysM1域中发现了以前未知的模体，作为免疫和共生的决定因素。事实证明，只有极少数但很重要的残基将免疫和共生受体分开，现在确定了这些残基，并首次证明通过改变这些残基来重新编程LysM受体是可能的。

NFR1和CERK6的LysM1域是几丁质和Nod因子信号传导所必需的

NFR1和LYK3的LysM1域是Nod因子信号传导的特异性所必需的

LYK3的晶体结构揭示了Nod因子与几丁质结合位点的差异

对CERK6、NFR1和LYK3进行特异性Nod因子识别的工程设计

长期目标是将豆科植物独特的固氮能力转移到谷类植物中，以限制对污染性商业氮肥的需求，并使地球上最贫穷的人受益。科学家们现在提供了对LysM受体进行逐步合理工程化所需的概念性理解，这是实现这一宏伟目标的重要第一步。

丹麦奥胡斯大学的Zoltán Bozsoki、Kira Gysel、Simon Boje Hansen为本研究的第一作者，Kasper Røjkjær Andersen和Simona Radutoiu为通讯作者。

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