新进展！豆科植物与根瘤菌共生之根瘤菌释放新机制

豆科植物能特异与根瘤菌建立共生关系（symbiosis），实现共生固氮。大都是情况下，根瘤菌从侵染线释(infection thread)放形成共生体(symbiosome)是根瘤菌实现将将游离的氮气还原为植物可利用的氨的前提。目前，关于根瘤菌释放的调控机制依然鲜有报道，对于根瘤菌释放位点细胞学机理的研究更是有限。近期，德国弗莱堡大学Thomas Ott实验室以蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）为模式植物在根瘤菌释放这的调控研究中取得了重要研究进展。相关论文于发表于《Nature Communications》杂志上题为“Stabilization of membrane topologies by proteinaceous remorin scaffolds”。

在该研究中，作者首先通过高分辨率的显微观察发现在根瘤细胞中存在一个之前未被报道的与侵染线相连的膜管（membrane tube）结构。作者推测这个结构后续可能形成infection droplet（释放根瘤菌的结构）。有意思的是作者发现这个膜管结构的形成依赖于豆科植物特异的细胞膜支架蛋白SYMREM1。SYMREM1蛋白在侵染结构高度富集，symrem1突变体中没有发现上述的膜管结构，取而代之的是一些空的膜泡结构（empty spheres）（图1）。

为进一步探索SYMREM1是如何参与膜管结构的形成？首先作者在对其蛋白结构通过AlphaFold预测发现发现其能形成二聚体结构，并且二聚体能进一步聚合成螺旋形结构（helix）。这些预测并通过多重体外实验得到了证实（图2）

进而，作者发现通过在烟草叶片原生质体中过表达SYMREM1或是将纯化的SYMREM1到蛋白与脂质体孵育均能引起细胞膜形变。并且在原生质体体系中，细胞膜形变形成的膜管依赖于细胞骨架微丝。有意思的是作者发现诱导膜形变并不是SYMREM1特异的功能，虽然不同成员的诱导能力有所差异但是大部分REMORIN蛋白家族成员均能在原生质体体系中诱导细胞膜形变（图3）。

最终，作者通过结合上述研究结果提出了根瘤菌释放的新调控机制：SYMREM1 蛋白在根瘤菌释放位点富集，进而聚合成螺旋结构包裹在细胞膜上，在拓扑学上维持根瘤菌释放位点细胞膜的稳定从而参与根瘤菌释放的调控；当缺失了SYMREM1后，根瘤菌释放位点细胞膜的稳定不能被维持，从而导致根瘤菌不能正常释放取而代之的是膜泡结构。

SYMREM1通过与特定的磷脂相结合从而定位到细胞膜，不同磷脂在侵染线膜以及infection droplet膜的分布如何以及如何调控SYMREM1的聚合仍然需要进一步的研究。

原文连接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-35976-5

转自：“iPlants”微信公众号

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