研究人员解析受体素激酶LecRLK1调控植物防御反应，介导外生菌根在柳枝稷中定殖的分子机制学术资讯

2021年7月17日，美国Oak Ridge National Laboratory，陈金贵团队在国际知名期刊Plant Biotechnology Journal在线发表题为“Towards engineering ectomycorrhization into switchgrass bioenergy crops via a lectin receptor-like kinase”的研究论文。该研究表明lectin receptor-like kinase基因PtLecRLK1通过改变植物的防御反应，影响外生菌根的定植；阐明了通过促进外生菌根的定植来增强植物在边际土壤中的生产力和适应性的理论基础。

作者利用先前在杨树中鉴定到的PtLecRLK1基因在柳枝稷中进行转化实验，结果表明PtLecRLK1基因的转入使得双色乳杆菌（L. bicolor）能够在柳枝稷根尖定植（图1）。由于柳枝稷并非是双色乳杆菌的寄主，但是在外源转入PtLecRLK1基因后却能使得两者建立共生关系；作者于是利用了转录组、蛋白质和代谢组的数据用于探究其中的分子机制。

图1：野生型(A)与PtLecRLK1转基因材料(B)中根尖荧光染色切片

在野生型和转基因材料接种双色乳杆菌两个月后，提取了整个根尖的RNA，进行转录组分析。通过PCA分析作者发现在接种真菌后，转基因基因材料与野生型材料之间转录组存在巨大差异（图2A）。在野生型没有接种真菌与接种真菌进行比较发现，差异基因主要参与到氧化还原反应，碳水化合物代谢等生物学过程（图2C）。转基因材料与野生型材料在接种后进行比较发现，差异基因主要参与到响应外界刺激、植物微生物识别以及营养上调等生物学过程。作者猜想这些生物学途径的改变可能有利于真菌和宿主间共生关系的建立。

图2：野生型与转基因材料的转录组分析

为了进一步的揭示共生关系建立过程中，基因表达网络中关键节点的变化；作者利用两个材料在接种前后的转录组数据构建了共表达网络，15,606个差异表达的基因构成了16个主要的模块（图3A）。PtLecRLK1基因及与其共表达的基因，主要在接种后的转基因材料中表达（图3C）。一个调节细胞骨架及信号蛋白的基因Pavir.5KG693600直接与PtLecRLK1基因的表达相关。通过共表达网络分析作者推测PtLecRLK1可能作为初始的信号受体或相关的蛋白激酶，随后触发下游的级联反应最终导致促进共生关系的形成。