ISME | 研究揭示在没有结瘤因子的情况下引发豆科植物结瘤作用的机制！

以下文章来源于Ad植物微生物 ，作者周小马

大自然有一种非凡的能力，可以进化出不同的途径来达到相同的表型。启动根瘤菌-豆科植物共生的信号级联就是这种情况，它导致了一个新的植物器官—根瘤的形成，在那里细菌为植物的利益固定氮，并以光合作用和其他营养物质作为交换。实现这种共生器官形成的最常见的方法是植物一方的黄酮类物质和根瘤菌一方的Nod因子（NF）。这种依赖NF的途径长期以来被认为是管理所有根瘤菌-豆类共生体的普遍模式。

然而，在过去的二十年中，已经描述了另外两种替代途径。第一条途径在一些热带豆科植物合萌中被观察到，这些植物被缺乏NF合成所需的典型结瘤基因的光合慢生根瘤菌结瘤。第二种最初是在大豆中发现的，这是一种已知通常需要NF来启动共生关系的豆科物种。已经证明，栽培品种Enrei仍然可以被非光合作用菌株Bradyrhizobium elkanii USDA61的结瘤突变体所结瘤。第二种替代过程与第一种不同的是，这种相互作用依赖于III型分泌系统（T3SS）的运作，这种分泌机制在大多数光合慢生根瘤菌结瘤的合萌属中是缺乏的。在实验室条件下，USDA61菌株以及大量的非光合作用的慢生根瘤菌，也可以通过它们的T3SS和独立于NF的方式来结瘤Aeschynomene indica。这突显了A. indica对研究这两种替代性共生过程的兴趣。

根瘤菌的T3Es通常与病原体的T3Es有类似的作用，而且根据宿主植物的不同，可以显示出相反的作用。在一些植物中，它们可以抑制植物免疫系统，从而促进感染和结瘤；而在其他植物中，它们可以被细胞质植物受体识别，并引发强烈的植物免疫反应，称为效应蛋白触发免疫（ETI），导致阻断根瘤菌感染。

2023年6月24日，国际权威学术期刊ISME发表了法国蒙彼利埃大学Eric Giraud团队的最新相关研究成果，题为Widespread Bradyrhizobium distribution of diverse Type III effectors that trigger legume nodulation in the absence of Nod factor的研究论文。

ErnA是第一个已知的触发合萌结瘤的III型效应蛋白（T3E）。在这项研究中，对196个经过测序的慢生根瘤菌菌株集合在合萌上进行了测试。只有属于光合超群的菌株能发展出NF-T3SS-独立的共生关系，而使用T3SS依赖过程的能力在多个超群中发现。其中，通过诱变对14个缺乏ernA的菌株进行了测试，以确定触发结瘤的新的T3Es。科研人员发现了一个新的T3E，Sup3，一个推定的SUMO-蛋白酶，与ErnA没有相似性。它在慢生根瘤菌菌株NAS96.2和WSM1744中的突变废除了结瘤，而它在菌株ORS3257的ernA突变体中的引入恢复了结瘤。此外，sup3在合萌根部的异位表达导致了自发根瘤的形成。科研人员还报告了另外三个新的T3Es，即Ubi1、Ubi2和Ubi3，它们分别对菌株LMTR13的结瘤能力做出贡献。这些T3Es与已知的蛋白质没有同源性，但与ErnA共享ErnA活性所需的三个模体。总之，科研人员的研究结果突出了慢生根瘤菌中T3Es的分布和多样性，这些T3Es可能通过参与触发豆科植物的结瘤而有助于其共生效率。

本文转载自Ad植物微生物

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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