Hortic Res | 与丛枝菌根共生相关的植物小分泌蛋白的多样性和保守性

丛枝菌根共生（Arbuscular mycorrhizal symbiosis, AMS）是植物与真菌之间广泛存在的互惠共生关系，在植物营养交换、增强植物抗病性、宿主发育和生态系统可持续性等方面发挥着重要作用。植物小分泌蛋白（small secreted proteins, SSPs）在许多生物学过程中，包括植物的生长发育、对各种胁迫的响应以及介导细胞间通信起重要作用。例如，拟南芥中CLAVATA3/ESR相关蛋白3（CLE3）参与调控侧根的形成。然而，SSPs是否与AMS演化相关尚未得到充分研究。

近日，Horticulture Research在线发表了美国田纳西大学诺克斯维尔分校和美国橡树岭国家实验室合作完成的题为Diversity and conservation of plant small secreted proteins associated with arbuscular mycorrhizal symbiosis 的研究论文。该研究为植物全基因组预测SSPs建立了新的流程，并确定了一些可能参与AMS的植物SSPs候选基因。通过比较分析，揭示了单子叶植物和双子叶植物之间SSPs基因表达和顺式作用元件的趋同进化，以及AMF（arbuscular mycorrhizal fungi）诱导的SSPs与其同源蛋白结构之间的多样化，表明SSPs可能在植物的AMS进化中发挥了重要作用。

研究人员首先对60个物种（33种双子叶植物、15种单子叶植物及12种其他植物）的SSPs进行了预测分析，共鉴定到60114个SSPs。其中AMS物种的SSPs数量显著多于非AMS物种，并依据SSPs的来源以及数目定义为AMS物种特有的SSPs直系同源基因家族和AMS物种偏好的SSPs直系同源基因家族，各3个。研究发现，单子叶和双子叶植物中包含于AMS特有的SSPs直系同源家族的基因在AMS偏好的SSPs直系同源基因家族中存在显著扩增。

此外，在不同物种之间，两个AMS物种偏好的SSPs直系同源家族在响应丛枝菌根真菌Rhizophagus irregularis的基因表达上表现出趋同的变化。在基因表达趋同的启动子区域发现了保守的顺式作用元件。SSPs及其直系同源蛋白，在三个AMS物种偏好的直系同源家族中，都存在蛋白质结构上的局部变异。最后，以模式植物杨树为例，研究人员还在AMS物种偏好的SSPs直系同源家族中鉴定了与毛果杨SSPs基因共表达的基因。

总的来说，该研究对常见植物的SSPs进行分析，为特定SSPs基因表达和蛋白质结构局部多样化的植物-AMS趋同进化提供了见解，为揭示植物SSPs在共生过程中的作用奠定了基础。

美国田纳西大学诺克斯维尔分校植物科学系的程宗明和美国橡树岭国家实验室杨孝汉为本文的通讯作者；胡校粒为本文的第一作者，现就职于浙江农林大学。本项工作得到了美国橡树岭国家实验室的支持（TN 37831）。

文章链接：‍https://doi.org/10.1093/hr/uhac043‍

转自：植物科学SCI

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