根瘤菌共生固氮是豆科植物氮素营养的主要来源,在自然界氮素循环中起重要作用。根瘤菌与豆科植物的共生互作包含两个密不可分的过程,即根瘤菌入侵和根瘤发育。根瘤菌识别和入侵一般起始于类黄酮诱导的根瘤菌结瘤因子合成,结瘤因子进而被植物受体蛋白NFR1和NFR5识别,并通过共生类受体激酶SymRK将信号向下游传递,从而启动植物的共生信号。植物根瘤器官发育的起始也受根瘤菌入侵的诱导,植物激素—细胞分裂素在诱导根瘤发育中起关键作用。然而,豆科植物共生信号途径和根瘤发育途径的关联目前还不清楚。
近日,华中农业大学共生固氮团队在Science China Life Sciences 在线发表了题为“An MAP Kinase Interacts with LHK1 and Regulates Nodule Organogenesis in Lotus japonicus”的研究论文。该研究发现由SIP2和LjMPK6组成的MAPK级联通路是介导共生信号调控根瘤发育的一个基因回路。博士生尹珺为第一作者,张忠明教授和曹扬荣教授为共同通讯作者。
实验室前期工作(Chen et al. 2012)发现SIP2是一个MAP kinase kinase,可以与SymRK互作正向调控共生固氮反应。在该研究中,研究者发现LjMPK6是SIP2的一个磷酸化底物,并在共生固氮中起正向调控作用。通过酵母双杂交技术,研究者还发现LjMPK6与百脉根细胞分裂素受体LHK1相互作用,并且LjMPK6可以抑制LHK1的自我磷酸化活性以及LHK1磷酸化LHP。过表达LjMPK6可诱导乙烯合成关键基因LjACS的表达,并增加百脉根中的乙烯含量。因此LjMPK6可能参与调控共生固氮中不同植物激素间的平衡。
该研究为解析共生信号转导和根瘤发育的调控机制提供了重要的理论依据。
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An MAP Kinase Interacts with LHK1 and Regulates Nodule Organogenesis in Lotus japonicas