河南大学和华中农大联合揭示大豆GmNNL1调控植物免疫与根瘤形成的机制

来源：植物科学最前沿

近日，Nature Plants在线发表了河南大学王学路课题组和华中农业大学李友国课题组的合作的题为“Glycine max NNL1 restricts symbiotic compatibility with widely distributed bradyrhizobia via root hair infection”的研究论文，揭示了大豆与根瘤菌共进化过程中，根瘤菌由裂隙侵染向根毛侵染方式转化的遗传、分子和进化机制，这种侵染方式的转变对于增强大豆共生固氮能力和提高大豆产量起到了重要作用。

大豆（Glycine max）与根瘤菌之间的共生对于有效固氮至关重要。通过III型分泌系统分泌的根瘤菌效应子是介导植物与根瘤菌之间相互作用的关键，但其分子机制仍然未知。在该研究中，研究人员采用全基因组关联的方法获得了结瘤数相关的G. max Nodule Number Locus 1 (GmNNL1)基因，该基因编码一个新的R蛋白。Gm NNL1直接与来自于Bradyrhizobium USDA110的结节外蛋白P（NopP）效应子相互作用，以触发免疫力并通过根毛感染抑制结节。一个179 bp的短散布核元件（SINE）类转座子插入会导致Gm NNL1的功能丧失，从而促进了大豆对土壤土著根瘤菌的识别，并显著促进了根瘤固氮酶活以及地上部分生物量的增加。对GmNNL1的表达模式与功能研究表明，GmNNL1主要在根毛中表达并主要影响根瘤菌的根毛侵染途径，几乎不影响原始的裂缝侵染途径，表明GmNNL1失活单倍型的出现，是导致根瘤菌侵染大豆由裂缝侵染向根毛侵染转变的重要原因。此外，通过质谱鉴定与生物化学以及遗传分析表明，在部分农家种中，全长的GmNNL1蛋白通过与根瘤菌的三型分泌系统效应蛋白NopP直接相互作用从而激活ETI抑制大豆与USDA110的共生。