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谢芳研究组发现豆科植物共生固氮过程中调控侵染线形成的新成员

      10月30日,PLoS Genetics杂志发表了我所谢芳研究组题为“SCARN a Novel Class of SCAR Protein That Is Required for Root-Hair Infection during Legume Nodulation” 的研究论文。该工作揭示了豆科植物共生固氮过程中,宿主植物调控微丝骨架重排,从而起始侵染线的形成。

      氮素是植物生长发育的重要营养元素,目前农作物主要通过施用工业氮肥获取氮源。而随着世界人口的增长,人们对粮食作物的需求与日俱增。而大量施用工业氮肥,不仅耗费了大量的能源,同时也造成了对环境的污染。豆科植物与根瘤菌之间的共生固氮是植物获取氮素最为有效且经济的形式。研究豆科植物共生固氮的分子机理,不仅是理解共生固氮这种生命现象的本质,也为探索非豆科植物共生固氮的潜能提供理论基础。

      该课题组致力于共生固氮过程中根瘤菌侵染和根瘤器官发育分子机制的研究。在本研究中,发现编码WAVE/SCAR复合体中的一个组分SCAR蛋白的缺失导致侵染线不能正常形成。蛋白序列分析发现,该SCAR蛋白属于豆科植物特异的一个分支,该蛋白可能通过基因重组而获得了在共生固氮中的特殊功能,故命名为SCARN (SCAR-Nodulation)。WAVE/SCAR复合体是调控微丝成核因子ARP2/3复合体活性的重要组分。SCAR蛋白N-端与WAVE/SCAR复合体相互作用,而C-端与ARP2/3复合体相互作用,并结合G-actin以形成分叉状的微丝。SCARN蛋白C-端与ARPC3直接相互作用,而且过量表达SCARN N-端抑制结瘤,造成dominant-negative效应。进一步研究表明,在根瘤菌侵染的表皮细胞中SCARN特异表达,而且共生特异的转录因子NIN(Nodule inception)直接调控它的表达。

      该研究得到上海生科院和上海市科委项目的资助。

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