Nature子刊：豆科植物-根瘤菌共生固氮新发现

　　

　　8月12日，《自然-通讯》（Nature Communications）杂志发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所王二涛研究组题为DELLA proteins are common components of symbiotic rhizobial and mycorrhizal signaling pathways 的研究论文。该论文报道了DELLA是植物-根瘤菌和植物-菌根共生长中的关键基因，填补了植物-微生物共生信号转导过程中钙信号解析复合体和转录复合体之间的空白。

　　植物能够与微生物建立互惠互利的共生关系，一方面植物为微生物提供生长所必需的碳源，另一方面微生物帮助植物固定氮素或更好地从土壤中吸收磷、氮等元素。王二涛及其团队之前的研究发现OsCERK1和RAM2控制早期菌根侵染（Current Biology, 2012; Plant Journal, 2015），并分离了菌根共生的关键转录因子复合体DELLA-DIP1-RAM1（Cell Research, 2014），以及下游控制营养交换的HA1基因（The Plant Cell，2014），为农作物营养高效利用奠定了基础。

　　王二涛研究组在前期工作的基础上，进一步以蒺藜苜蓿为研究材料发现赤霉素信号通路中的核心抑制因子DELLA正向调控了豆科植物与根瘤菌的共生过程。蒺藜苜蓿della三突变体接种根瘤菌后，根瘤不能正常发育，侵染线形成受到严重的抑制。生化实验表明DELLA促进CCaMK对IPD3的磷酸化，并形成CCaMK-IPD3-DELLA蛋白复合体。研究还发现DELLA与下游的转录因子NSP2相互作用，进而形成DELLA-NSP2-NSP1转录因子复合体调控根瘤共生相关基因的表达。进一步的实验证明IPD3-DELLA-NSP2形成一个蛋白复合物，暗示DELLA可以作为一个桥梁蛋白，分别链接CCaMK-IPD3和NSP2-NSP1蛋白复合体，传递植物-微生物共生信号。

　　该研究工作主要由博士后金越和研究生刘欢完成，研究获得国家重点基础研究发展计划和国家自然科学基金的支持。

 

上海生科院在豆科植物-根瘤菌共生固氮研究中取得进展

原文摘要：

DELLA proteins are common components of symbiotic rhizobial and mycorrhizal signalling pathways

Legumes form symbiotic associations with either nitrogen-fixing bacteria or arbuscular mycorrhizal fungi. Formation of these two symbioses is regulated by a common set of signalling components that act downstream of recognition of rhizobia or mycorrhizae by host plants. Central to these pathways is the calcium and calmodulin-dependent protein kinase (CCaMK)–IPD3 complex which initiates nodule organogenesis following calcium oscillations in the host nucleus. However, downstream signalling events are not fully understood. Here we show that Medicago truncatula DELLA proteins, which are the central regulators of gibberellic acid signalling, positively regulate rhizobial symbiosis. Rhizobia colonization is impaired in della mutants and we provide evidence that DELLAs can promote CCaMK–IPD3 complex formation and increase the phosphorylation state of IPD3. DELLAs can also interact with NSP2–NSP1 and enhance the expression of Nod-factor-inducible genes in protoplasts. We show that DELLA is able to bridge a protein complex containing IPD3 and NSP2. Our results suggest a transcriptional framework for regulation of root nodule symbiosis.