Nature Communications | 合萌的结瘤遗传学研究揭示了根瘤菌与豆科植物共生的机制！

豆科植物（Fabaceae）约占世界主要作物产量的27％，是人类和动物饮食中重要的蛋白质来源。豆类在农艺学上的成功依赖于许多物种与土壤细菌建立固氮共生关系的能力，土壤细菌统称为根瘤菌，形成根瘤（Science | 重磅研究揭示植物如何区分有益和有害微生物！PNAS | 英国牛津大学最新研究揭示根瘤菌从根际到共生的生活方式适应机制！）。促进豆类的种植和其他作物的固氮技术将减少化学氮肥的投入，并有助于实现旨在更可持续农业的短期和长期目标（ISME | 英国牛津大学Philip S. Poole团队揭示根瘤菌工程化促进可持续农业发展）。

主要对两种温带模式豆科植物Medicago truncatula和Lotus japonicus进行了深入研究，获得了控制豆科植物-根瘤菌共生关系建立和运作的重要信息。在一般情况下，植物识别关键的根瘤菌信号分子(称为Nod因子)，触发共生信号通路，导致侵染线的发展，引导细菌进入根部，并在远处形成结瘤分生组织，在那里输送和容纳细菌以固定氮（Nature | 突破！中科院植生所王二涛团队揭示豆科植物与根瘤菌共生固氮的关键模块！Science | 重磅！剑桥大学Giles Oldroyd课题组阐述植物通过共生微生物促进养分吸收！Nature plants | 王学路和李友国团队揭示大豆NNL1通过根毛侵染限制与根瘤菌的共生相容性！PNAS | 加拿大麦克马斯特大学研究揭示根瘤菌共生所需的最小基因集！）。

在能够固氮结瘤的豆科植物中，有几个合萌属（Aeschynomene spp. ）采用独特的共生过程，不受Nod因子和侵染线的影响。它们在与具有光合作用的慢生根瘤菌发展根瘤和茎瘤方面也很与众不同（Science | 专家点评：豆科植物结瘤共生的特异性）。尽管这些共生特征具有重要意义，但对它们的了解仍然有限。

近日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了法国热带与地中海共生实验室（LSTM）Jean-François Arrighi团队的最新相关研究成果，题为Genetics of nodulation in Aeschynomene evenia uncovers mechanisms of the rhizobium–legume symbiosis的研究论文。

为了克服这些局限性，研究人员进行了有关Aeschynomene evenia结瘤形成的遗传学研究，通过开发A.evenia的基因组序列和10个额外的Aeschynomene spp.的转录组资源以支持。对共生基因的比较分析证实了结瘤早期和晚期结瘤步骤中的单一机制。正向的遗传筛选还表明，编码受体类激酶的AeCRK和共生信号基因AePOLLUX、AeCCamK、AeCYCLOPS、AeNSP2和AeNIN都是触发根和茎结瘤的必需基因。这项工作证明了A.evenia模型的实用性，并为阐明根瘤菌-豆类植物共生的机制奠定了基础。

图1：Aeschynomene evenia基因组的结构和进化

图2：共生受体、信号传导和侵染基因的比较分析

图3：内复制介导的结瘤分化的比较分析

图4：Aeschynomene evenia基因组中的NCR基因

图5：Aeschynomene evenia的共生和非共生珠蛋白

图6：通过靶向序列捕获鉴定的已知共生信号通路的基因

图7：通过测绘测序鉴定的一个参与不依赖于Nod因子的共生建立的基因

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