Current Biology | 美国联合生物能源所揭示微生物与植物持久内共生的必要条件！

植物内共生的核心是合成一种专门的宿主衍生膜，该膜可作为植物与微生物之间的交界面。这些膜具有不同于基于蛋白质组成质膜的共生特性，并且对于促进营养物质和信息的双向交换是必不可少的（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！Trends in Plant Science | 北京林业大学综述细胞膜转运调控植物免疫的机制！）。此外，它们将微生物分隔开，并且对于内共生体在植物细胞内的适应和持久性至关重要。微生物围膜的合成与共生菌的定殖和分化高度协调。根瘤菌和丛枝菌根（AM）真菌通过宿主诱导的质膜上的不对称突起进入植物细胞，这些突起通过定向囊泡分泌和膜融合而生长。尽管这些共生体最终形成的形态结构差异极大，但它们有着共同的共生专用分泌途径，促使共生体周围的膜快速生长，其表面积增加到质膜的10到20倍，并且需要大量脂质合成。但是，膜脂质相对于内共生区室生长和成熟的分子功能尚不清楚。

2021年4月14日，国际权威学术期刊Current Biology发表了美国联合生物能源研究所Henrik V. Scheller团队的最新相关研究成果，题为Reprogramming sphingolipid glycosylation is required for endosymbiont persistence in Medicago truncatula的研究论文。

植物内共生依赖于特殊膜的发育，这些膜包裹了内共生体并促进了营养物质的交换。但是，这些膜界面中脂质的身份和功能在很大程度上是未知的。在这篇文章中，科研人员发现葡萄糖胺肌醇磷酸神经酰胺转移酶1（GINT1）是一种鞘脂糖基转移酶，在苜蓿根瘤和丛枝菌根（AM）真菌定殖的根中高度表达，并进一步证明了这种酶在植物体内合成N-乙酰基-葡萄糖胺修饰的糖基肌醇磷酸神经酰胺（GIPCs）时发挥作用。MtGINT1的表达在共生组织中受到发育调控，与共生体和围丛枝膜的发育有关。RNAi沉默MtGINT1不影响整体根系生长，但严重损害结瘤和AM共生，导致共生体和丛枝衰老。科研人员的研究结果表明，尽管蒺藜苜蓿根鞘脂组主要由己糖修饰的GIPCs组成，但需要MtGINT1对GIPC糖基化进行局部重编程才能使内共生体在植物细胞中持续存在。

图1 MtGINT1是在共生组织中表达的GIPC GlcN(Ac)-糖基转移酶

图2 MtGINT1在植物体内充当HexN(Ac) GIPC转移酶

 图3 MtGINT1-RNAi沉默削弱结瘤和共生体发育

图4 MtGINT1沉默削弱菌根和丛枝发育

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