PNAS | 英国剑桥大学揭示植物和共生真菌之间古老关系的新亮点：一种菌根相关的受体类激酶！

在丛枝菌根共生中，营养交换发生在根细胞内形成的树形结构中，称为丛枝（Science | 植物与真菌的海誓山盟！研究揭示脂质交换驱动植物陆地化过程中的共生进化！Science | 重磅！植物和微生物的新途径：与共生微生物和病原微生物的相互作用驱动植物进化！Nature Reviews Microbiology | 权威综述解读菌根共生中的独特和共同特征）。已知有几种植物蛋白在承载丛枝的细胞中发挥作用，主要是营养物质的转运蛋白（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！PNAS | 南京农大和美国德州理工大学研究揭示菌根真菌介导的水稻氮素吸收！）。

6月15日，国际权威学术期刊PNAS发表了英国剑桥大学Uta Paszkowski和Héctor Montero团队的最新相关研究成果，题为A mycorrhiza-associated receptor-like kinase with an ancient origin in the green lineage的研究论文。来自作物科学中心的新研究描述了水稻中的一个共生基因的特征，该基因被称为丛枝受体类激酶2（ARK 2），同时还揭示了一个古老的蛋白质结构域，它定义了一类新的信号蛋白。这项研究提供了对古老的信号通路的深入了解，这些通路促进了植物中最普遍的共生关系—丛枝菌根联合共生。菌根真菌帮助植物从土壤中获取养分，通过揭示植物用于与这些真菌相互作用的途径要素，这项研究可以帮助开发遗传策略以提高作物性能。

剑桥大学谷物共生实验室以前的一项研究确定了丛枝受体类激酶1（ARK1）的特征，它是第一个已知的调节丛枝细胞共生的受体类激酶。受体类激酶是细胞表面的信号蛋白，通常有两个模块：一个细胞外结构域，感知外部信号；一个细胞内激酶结构域，启动细胞反应。

在这项新的研究中，科研人员进行了系统发育分析，对ARK1所属的受体类激酶亚家族的进化历史有了新的认识。这表明，在种子植物进化的早期，一个名为ARK的单一基因发生了复制。这种复制产生了ARK1和ARK2。科研人员用突变株对水稻中的ARK2进行了功能上的鉴定。ARK2突变的植物丛枝菌根定殖水平降低，证明了ARK2具有共生功能。基因表达的全局分析进一步表明，一组基因被ARK1和ARK2共同调控，表明这两个受体类激酶在一个新的信号通路中调控着丛枝菌根共生。

令人惊讶的是，在分析这个亚家族的细胞外结构域的序列时，科研人员发现了一个新的蛋白结构域。该结构域被命名为SPARK，具有独特的半胱氨酸排列，这种氨基酸经常被发现通过形成硫键来稳定蛋白质结构域。该结构域在序列水平上与其他已知的蛋白质结构域没有相似之处。SPARK结构域在一种藻类的受体类激酶中的存在揭示了它是一个古老的蛋白质结构域。

这项研究内的发现启动了对一类新信号蛋白的研究，这类蛋白曾被忽视，科研人员相信这些发现将吸引那些不仅对菌根功能感兴趣，而且对受体类激酶的进化感兴趣的人的注意。探索由受体协调的信号通路细节和SPARK结构域的功能对未来的研究非常重要。

图1. OsARK2的鉴定和表征

图2. SPARK结构域

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