大部分陆生植物均可以与丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizal）互惠共存，这一关系有利于植株对土壤中磷的利用进而提高其在缺磷（Pi）环境中的生存能力，然而在富磷状态下，共生关系的建立和进一步发展会受到限制。独脚金内酯（Strigolactone）是一类重要的植物激素，现已证明其在植物与根部真菌共生中发挥重要的调节功能。当磷不足时，独脚金内酯和合成和运输水平提高，磷充足时，独脚金内酯的生理活动受到限制【1,2】。单纯植物激素的调节似乎不能完全解释磷介导的丛枝菌根共生活动，真菌在植物根部的定植能力也会影响共生关系的建立，已知CLE（CLAVATA3/ESR-related）基因家族在植物响应磷信号及与丛枝菌根共生关系中发挥作用，但是具体细节还不清楚【3】。
9月2日，来自美国Boyce Thompson Institute的Maria J. Harrison教授团队在Nature Plants发表了题为A CLE–SUNN module regulates strigolactone content and fungal colonization in arbuscular mycorrhiza的论文，深入分析了CLE家族蛋白在丛枝菌根和寄主共生中的功能。
研究人员首先分析了苜蓿根部47个CLE基因在丛枝菌根定植后的表达情况，并选择被强烈诱导且之前未曾研究过的MtCLE33和 MtCLE53进行了一步分析，发现MtCLE53诱导是由于丛枝菌根定植，而不是由于磷水平提高导致。MtCLE33和MtCLE53在根部组织中过表达后，转基因根组织正常生长，但是菌根定植水平大幅下降，说明了MtCLE33和MtCLE53过表达特定负调控真菌的根部定植，RNA干扰MtCLE53表达使得菌根定植水平上升进一步证明了上述发现。
为了分析MtCLE53基因的下游信号传导情况，研究人员通过比较分析过表达植株的转录组变化情况，鉴定到一系列差异表达的基因。其中一个基因是MtD27，其编码类胡萝卜素异构酶，是独脚金内酯合成途径中第一步反应的酶【4】。MtCLE53过表达降低了MtD27的转录水平，同时也抑制了独脚金内酯生物合成过程中后续催化酶合成基因；MtCLE33过表达植株中有类似现象，且外施独脚金内酯类似物后，过表达植株与对照组菌根定植差异消失，进一步证明CLE基因负调控菌根的定植是通过下调独脚金内酯合成导致的。
SUNN是一类LRR-RLK蛋白，已证明在菌根共生中发挥作用【5,6】。本研究中发现，sunn突变体植株使得MtCLE过表达后菌根定植水平变化不明显，MtD27下调表达现象消失，独脚金内酯生物合成水平维持稳定。根据实验中的现象，研究人员提出寄主调控菌根互作的模型，丛枝菌根在植物根部定植导致MtCLE53表达上调，MtCLE53利用SUNN降低独脚金内酯合成相关基因表达水平或根部独脚金内酯水平，进而影响后续菌根的进一步定植。
综上，本研究首次阐释了宿主植物调控菌根定植的互作模型，为深入理解宿主与根部共生菌互惠共赢的机制提供了新的见解。
参考文献【1】 Akiyama K, Matsuzaki K, Hayashi H. . Plant sesquiterpenes induce hyphal branching in arbuscular mycorrhizal fungi. Nature 435:824–27【2】 Oldroyd,G.E.D. . Speak, friend, and enter: signalling systems that promote beneficial symbiotic associations in plants. Nature Rev. Microbiol. 11, 252–263【3】Le Marquer, M., Bécard, G. & Frei dit Frey, N. . Arbuscular mycorrhizal fungi possess a CLAVATA3/embryo surrounding region-related gene that positively regulates symbiosis. New Phytol. 222, 1030–1042【4】van Zeijl A, Liu W, Xiao TT, Kohlen W, Yang WC, et al. . The strigolactone biosynthesis gene DWARF27 is co-opted in rhizobium symbiosis. BMC Plant Biol. 15:260【5】Mortier, V., Den Herder, G., Whitford, R., Van de Velde, W., Rombauts, S., D’Haeseleer, K., Holsters, M., and Goormachtig, S. . CLE peptides control Medicago truncatula nodulation locally and systemically. Plant Physiol. 153:222-237.【6】Nimchuk, Z.L., Zhou, Y., Tarr, P.T., Petersen, B.A. & Meyerowitz, E.M. . Plant stem cell maintenance by transcriptional cross-regulation of related receptor kinases. Development 142, 1043–1049
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