Nature Communications | 谢芳研究组揭示结瘤因子受体复合体调控根瘤菌侵染的分子机制

豆科植物和根瘤菌之间的共生固氮体系，被认为是固氮效率最高且最有农业应用价值的生物固氮方式。这种共生体系不仅满足了豆科植物自身对氮素的需求，还能为与豆科植物轮作、间套作的非豆科作物提供氮素营养。

该研究发现RinRK1与NF受体（NFR1和NFR5）胞外结构域相互作用。RinRK1定位于细胞质膜中，并存在于质膜DRM（Detergent Resistant Membrane）组分中。此外，根瘤菌分泌的NF信号可以促进RinRK1在根毛顶端纳米域聚集，并且这一过程依赖NF受体的存在。同时，NF信号促进NFR1和NFR5在根毛顶端纳米域聚集，这一过程依赖于RinRK1。通过双分子荧光互补实验揭示，RinRK1与NFR1/5互作在根毛质膜，而根瘤菌可以增强RinRK1与NFRs在根毛顶端纳米域的互作。这一发现表明根瘤菌分泌的NF信号可以促进RinRK1与NFR1/5在根毛顶端纳米域形成受体复合体。

Flotillin是纳米域的标记蛋白，我们发现百脉根中的Flot1受根瘤菌诱导，在根毛、根瘤原基以及成熟根瘤的维管束中表达。突变体研究显示，Flot1缺失会导致根瘤菌侵染事件减少，表明Flot1对于侵染线的形成起着重要作用。进一步研究发现，NF信号促进Flot1在根毛顶端聚集；且RinRK1和NFR1/5响应NF信号在根毛顶端纳米域的聚集依赖于Flot1。而且，Flot1能够与NFR1/5和RinRK1的胞内结构域发生相互作用。RinRK1能够促进Flot1与NFR1/5的互作，而Flot1与NFR1/5响应NF信号在根毛顶端聚集也需要RinRK1的参与。

此外，研究发现NFR1不仅具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性，还具有酪氨酸磷酸化活性。实验结果显示，NFR1的丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸磷酸化活性对其响应NF信号在根毛顶端聚集和共生结瘤中都起着关键作用。

分子植物科学卓越创新中心谢芳研究组博士生周宁是该论文的第一作者，谢芳研究员是该论文的通讯作者。谢芳研究组副研究员李晓琳、研究助理刘静、已毕业的博士生郑志琼和英国John Innes Centre的J. Allan Downie教授都参与了该项工作。该研究得到了中国科学院青年科学家基础研究项目、中国科学院重点研究项目、上海市学术/技术带头人计划和上海市自然科学基金的支持。