Nature：中科院王二涛课题组揭示根瘤菌内共生进化的关键事件
来源：本站原创 2020-12-15 21:48
2020年12月15日讯/生物谷BIOON/---豆科植物与大多数陆地植物不同，可以与固氮根瘤菌形成根瘤共生。科学家们在17世纪就已描述了豆科植物根瘤的解剖结构，在19世纪发现根瘤细胞容纳内共生根瘤菌进行固氮。豆科植物皮层在发育上与非豆科植物的皮层不同：它可以对植物激素或根瘤菌的共生信号作出反应而去分化，从而使得根瘤器官从头发生，以容纳固氮根瘤菌。然而，为什
2020年12月15日讯/生物谷BIOON/---豆科植物与大多数陆地植物不同，可以与固氮根瘤菌形成根瘤共生。科学家们在17世纪就已描述了豆科植物根瘤的解剖结构，在19世纪发现根瘤细胞容纳内共生根瘤菌进行固氮。
豆科植物皮层在发育上与非豆科植物的皮层不同：它可以对植物激素或根瘤菌的共生信号作出反应而去分化，从而使得根瘤器官从头发生，以容纳固氮根瘤菌。然而，为什么共生固氮仅限于相对较少的植物物种（主要是豆科植物），仍然是个未知数。
在一项新的研究中，来自中国科学院分子植物科学卓越创新中心、中国科学院植物生理生态研究所和河南大学等研究人员的研究人员发现豆科植物蒺藜状苜蓿（Medicago truncatula）皮层细胞中古老的SHR-SCR（SHORTROOT-SCARECROW）干细胞程序为新的根瘤器官发生指定了它们独特的命运。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“An SHR–SCR module specifies legume cortical cell fate to enable nodulation”。论文通讯作者为中科院上海植物生理生态研究所研究员王二涛（Wang Ertao）教授。
为了确定导致豆科植物皮层细胞分裂反应的潜在遗传途径重编程事件，这些作者针对蒺藜状苜蓿和拟南芥基因构建了EGFP-β-葡萄糖醛酸酶报告基因（promoter:EGFP-GUS），发现蒺藜状苜蓿SCR（MtSCR）报告基因在蒺藜状苜蓿内皮、皮层和表皮中高度表达，这与拟南芥SCR（AtSCR）形成鲜明对比。遗传数据显示，scr和scr/scl23突变体的根瘤形成大大减少，根皮层中SCR的表达是根瘤起始过程中皮层细胞分裂所必需的。
此外，这些作者还发现MtSHR1/2 mRNA的表达被限制在中柱（stele），这与AtSHR在拟南芥中的表达模式相似。有趣的是，MtSHR-GUS融合蛋白在中柱和内皮以外的表皮和皮层中积累了GUS（β-Glucuronidase，β-葡萄糖醛酸酶）染色。遗传数据表明，皮层细胞特异性的MtSHR积累是根瘤起始期间皮层细胞分裂所必需的。根瘤菌斑接种和细胞分裂素处理表明，皮层细胞表达的MtSHR-MtSCR控制了蒺藜状苜蓿根部皮层细胞的分裂能力。
进一步的研究发现，根瘤菌信号导致MtSHR-MtSCR在皮层细胞和根瘤原基中的积累。在没有根瘤菌接种的情况下，蒺藜状苜蓿毛状根中普遍过表达的MtSHR能促进皮层细胞分裂并形成假根瘤。这些数据共同证明了古老的SHR-SCR干细胞程序指定了豆科植物皮层细胞命运，以实现根瘤器官从头发生。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Wentao Dong et al. An SHR–SCR module specifies legume cortical cell fate to enable nodulation. Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-3016-z.
2.'Exciting biology' reveals central event of evolution of rhizobial endosymbiosis
https://phys.org/news/2020-12-biology-reveals-central-event-evolution.html
豆科植物皮层在发育上与非豆科植物的皮层不同：它可以对植物激素或根瘤菌的共生信号作出反应而去分化，从而使得根瘤器官从头发生，以容纳固氮根瘤菌。然而，为什么共生固氮仅限于相对较少的植物物种（主要是豆科植物），仍然是个未知数。
在一项新的研究中，来自中国科学院分子植物科学卓越创新中心、中国科学院植物生理生态研究所和河南大学等研究人员的研究人员发现豆科植物蒺藜状苜蓿（Medicago truncatula）皮层细胞中古老的SHR-SCR（SHORTROOT-SCARECROW）干细胞程序为新的根瘤器官发生指定了它们独特的命运。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“An SHR–SCR module specifies legume cortical cell fate to enable nodulation”。论文通讯作者为中科院上海植物生理生态研究所研究员王二涛（Wang Ertao）教授。
图片来自Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-3016-z。
为了确定导致豆科植物皮层细胞分裂反应的潜在遗传途径重编程事件，这些作者针对蒺藜状苜蓿和拟南芥基因构建了EGFP-β-葡萄糖醛酸酶报告基因（promoter:EGFP-GUS），发现蒺藜状苜蓿SCR（MtSCR）报告基因在蒺藜状苜蓿内皮、皮层和表皮中高度表达，这与拟南芥SCR（AtSCR）形成鲜明对比。遗传数据显示，scr和scr/scl23突变体的根瘤形成大大减少，根皮层中SCR的表达是根瘤起始过程中皮层细胞分裂所必需的。
此外，这些作者还发现MtSHR1/2 mRNA的表达被限制在中柱（stele），这与AtSHR在拟南芥中的表达模式相似。有趣的是，MtSHR-GUS融合蛋白在中柱和内皮以外的表皮和皮层中积累了GUS（β-Glucuronidase，β-葡萄糖醛酸酶）染色。遗传数据表明，皮层细胞特异性的MtSHR积累是根瘤起始期间皮层细胞分裂所必需的。根瘤菌斑接种和细胞分裂素处理表明，皮层细胞表达的MtSHR-MtSCR控制了蒺藜状苜蓿根部皮层细胞的分裂能力。
进一步的研究发现，根瘤菌信号导致MtSHR-MtSCR在皮层细胞和根瘤原基中的积累。在没有根瘤菌接种的情况下，蒺藜状苜蓿毛状根中普遍过表达的MtSHR能促进皮层细胞分裂并形成假根瘤。这些数据共同证明了古老的SHR-SCR干细胞程序指定了豆科植物皮层细胞命运，以实现根瘤器官从头发生。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Wentao Dong et al. An SHR–SCR module specifies legume cortical cell fate to enable nodulation. Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-3016-z.
2.'Exciting biology' reveals central event of evolution of rhizobial endosymbiosis
https://phys.org/news/2020-12-biology-reveals-central-event-evolution.html
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