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分子植物卓越中心揭示侵染线极性生长的分子机理

2020-10-09 分子植物科学卓越创新中心
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  10月6日,The Plant Cell在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心谢芳研究组题为SPIKE1 Activates the GTPase ROP6 to Guide the Polarized Growth of Infection Threads in Lotus japonicus的研究论文,该研究揭示在百脉根中SPIKE1激活ROP6调控侵染线的极性生长的分子机理。

  氮是植物生长发育过程中必需的营养元素之一,目前农作物主要通过施用工业氮肥获取氮源。氮肥的生产和施用,提高农作物产量,然而,长期大量施用氮肥,会消耗能源且对环境造成污染。豆科植物-根瘤菌的共生固氮体系是植物获取氮素经济有效形式。面对环境污染等问题,研究豆科植物-根瘤菌的共生固氮的分子机制具有重要的实际意义。

  在豆科植物与根瘤菌的共生固氮过程中,根瘤菌附着在宿主植物的根毛顶端,宿主植物分泌类黄酮类的物质,被根瘤菌所识别,从而激活根瘤菌分泌信号分子-结瘤因子(Nod Factors,NFs)。NFs诱导植物的根毛卷曲变形,包裹根瘤菌进入根毛内,根瘤菌通过植物根毛顶端质膜内陷形成的管状结构,即侵染线(Infection Threads,ITs)进入植物细胞内。ITs在根毛内由细胞核牵引,从表皮细胞向皮层细胞延伸,这是具有方向性的过程。然而,宿主植物是如何调控ITs的极性延伸过程尚不清楚。研究发现,DOCK家族的鸟苷酸交换因子LjSIPKE1(LjSPK1),可与百脉根中的三个I型ROP GTPases相互作用。遗传分析发现,这三个I型ROP GTPases均参与根毛发育,只有LjROP6是根瘤菌侵染所必需的;NF受体LjNFR5可以与LjROP6相互作用。LjSPK1具有鸟苷酸交换因子的活性,它通过与LjROP6互作,激活LjROP6使其变为有活性的ROP GTPase形式。Ljspk1和Ljrop6突变体中ITs均出现迷失方向或在根毛细胞中打转的现象,表明LjSPK1LjROP6在调控ITs的极性延伸过程中有重要作用。同时,通过亚细胞定位和双分子荧光互补实验,发现LjSPK1主要定位于内质网上,而LjROP6可以增强LjSPK1在质膜上定位,且两者相互作用于质膜上。该课题研究鸟苷酸交换因子LjSPK1和小G蛋白LjROP6调控ITs极性生长的分子机制,对阐明根瘤菌侵染过程中ITs的极性延伸具有重要意义。

  分子植物卓越中心博士研究生刘静为论文第一作者,研究员谢芳为论文通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划和中科院的资助。

  论文链接 

分子植物卓越中心揭示侵染线极性生长的分子机理

打印 责任编辑:侯茜

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