謝芳研究組揭示侵染線極性生長的分子機理

　　10月6日，The Plant Cell在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心謝芳研究組題為SPIKE1 Activates the GTPase ROP6 to Guide the Polarized Growth of Infection Threads in Lotus japonicus的研究論文，該研究揭示在百脈根中SPIKE1激活ROP6調控侵染線的極性生長的分子機理。

　　氮是植物生長發育過程中必需的營養元素之一，目前農作物主要通過施用工業氮肥獲取氮源。氮肥的生產和施用，提高農作物產量，然而，長期大量施用氮肥，會消耗能源且對環境造成污染。豆科植物-根瘤菌的共生固氮體系是植物獲取氮素經濟有效形式。面對環境污染等問題，研究豆科植物-根瘤菌的共生固氮的分子機制具有重要的實際意義。

　　在豆科植物與根瘤菌的共生固氮過程中，根瘤菌附著在宿主植物的根毛頂端，宿主植物分泌類黃酮類的物質，被根瘤菌所識別，從而激活根瘤菌分泌信號分子-結瘤因子（Nod Factors，NFs）。NFs誘導植物的根毛卷曲變形，包裹根瘤菌進入根毛內，根瘤菌通過植物根毛頂端質膜內陷形成的管狀結構，即侵染線（Infection Threads，ITs）進入植物細胞內。ITs在根毛內由細胞核牽引，從表皮細胞向皮層細胞延伸，這是具有方向性的過程。然而，宿主植物是如何調控ITs的極性延伸過程尚不清楚。研究發現，DOCK家族的鳥苷酸交換因子LjSIPKE1（LjSPK1），可與百脈根中的三個I型ROP GTPases相互作用。遺傳分析發現，這三個I型ROP GTPases均參與根毛發育，只有LjROP6是根瘤菌侵染所必需的；NF受體LjNFR5可以與LjROP6相互作用。LjSPK1具有鳥苷酸交換因子的活性，它通過與LjROP6互作，激活LjROP6使其變為有活性的ROP GTPase形式。Ljspk1和Ljrop6突變體中ITs均出現迷失方向或在根毛細胞中打轉的現象，表明LjSPK1和LjROP6在調控ITs的極性延伸過程中有重要作用。同時，通過亞細胞定位和雙分子熒光互補實驗，發現LjSPK1主要定位于內質網上，而LjROP6可以增強LjSPK1在質膜上定位，且兩者相互作用于質膜上。該課題研究鳥苷酸交換因子LjSPK1和小G蛋白LjROP6調控ITs極性生長的分子機制，對闡明根瘤菌侵染過程中ITs的極性延伸具有重要意義。

　　分子植物卓越中心博士研究生劉靜為論文第一作者，研究員謝芳為論文通訊作者。研究工作得到國家重點研發計劃和中科院的資助。

分子植物卓越中心揭示侵染線極性生長的分子機理