PNAS | 研究揭示生长素甲基化促进了豆科植物的根瘤发育！

Original 知今 Ad植物微生物 2022-11-03

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豆科植物形成根瘤以容纳共生细菌根瘤菌。根瘤的形成包括两个不同的过程：根瘤菌侵染，包括通过根表皮的信号分子进行宿主-微生物交流，以及根皮层的细胞分裂所伴随的根瘤原基发育。在表皮，根瘤菌衍生的脂壳寡糖（结瘤因子）与宿主根毛细胞中的LysM受体样激酶（NFR1/5）结合。这引发了周期性的钙峰值，由钙/钙调蛋白依赖的蛋白激酶（CCaMK）解码。CYCLOPS是CCaMK的直接磷酸化底物，作为NODULE INCEPTION（NIN）和ERF REQUIRED FORNODULATION（ERN）的转录激活因子，这是形成侵染腔和侵染线（ITs；植物衍生的细胞内管状结构）中的微菌落所必需的。

2022年3月2日，国际权威学术期刊PNAS发表了日本国家基础生物学研究所Masayoshi Kawaguchi教授（Nature Commun. | 研究揭示植物茎-根长距离信号转导系统在结瘤共生中的调控机制！）团队的最新相关研究成果，题为Auxin methylation by IAMT1, duplicated in the legume lineage, promotes root nodule development in Lotus japonicus的研究论文。

豆科植物吸引共生细菌并形成根瘤。根瘤的发育包括细菌侵染根部表皮和随后在根部皮层形成的原基，这些步骤需要在时空上协调。百脉根的突变体 "daphne"在表皮和皮层中的共生事件是不耦合的，因为它促进表皮的过度细菌侵染，但在皮层中不产生结瘤原基。因此，daphne对于探究协调这些跨组织事件的未知信号应该是有用的。本研究对根瘤菌侵染后的daphne进行了时间序列的RNA测序。结果表明IAA羧基甲基转移酶1（IAMT1），它编码将生长素（IAA）转化为其甲酯（MeIAA）的酶，在侵染的早期阶段在野生型根中被瞬时诱导，但在daphne中显示出不同的表达动态。IAMT1在拟南芥（一种非共生植物）的地上部分发育中具有重要功能，但IAMT1在根中的功能尚未报道。系统发育分析表明IAMT1在豆科植物中存在基因重复，结果发现两个IAMT1中的一个（IAMT1a）在根部被表皮侵染诱导。IAMT1a的敲除抑制了皮层中的根瘤发育；然而，它对表皮侵染没有影响。根部MeIAA的数量随着根瘤菌侵染而增加。在没有根瘤菌侵染的情况下，施加MeIAA，而不是IAA，可以显著诱导共生基因NIN的表达。本研究结果为生长素甲基化在根瘤发育的早期阶段的作用提供了证据。