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摘要豆科植物的结瘤过程涉及宿主植物和根瘤菌之间复杂的分子交流。首先，植物释放的类黄酮化合物激活根瘤菌的转录因子NodD，由此激活结瘤基因的表达，从而产生结瘤因子。结瘤因子被宿主识别后能激活宿主共生信号转导途径，促使侵染线和根瘤的形成。类黄酮作为豆科植物-根瘤菌互作的初始交流信号，已经有50年之久的研究。但是其中真正起作用的类黄酮种类尚不十分清楚。有研究表明在大豆(Glycine max)中减少异黄酮(isoflavone)，蒺藜苜蓿中减少黄酮(flavone)能够影响结瘤。在本研究中，我们鉴定到2个查尔酮氧位甲基转移酶(chalcone-O-methyltransferases，ChOMT)参与了4，4’-二羟基-2’-甲基查尔酮(4，4''-dihydroxy-2’-methoxychalcone，DHMC)的合成，它们的表达和酶活性是蒺藜苜蓿正常结瘤所必需的。<br>　　利用启动子-GUS分析蒺藜苜蓿中的5个OMT，我们发现OMT1，OMT2和OMT3在受侵染的根毛和根瘤的分生区和侵染区有特异性表达。OMT4和OMT5组成型地在根毛表达，也特异性表达在根瘤的顶端部位。此外，qRT-PCR证明OMT1在根瘤菌侵染后的根部表达量最高。因此这些OMTs高度地细胞组织特异性的表达与结瘤过程密切相关。进一步的体外酶活分析表明OMT1和OMT3能甲基化异甘草素产生DHMC，分别命名为ChOMT1/ChOMT3(查尔酮氧位甲基转移酶1/3)。而OMT2、OMT4和OMT5不能将异甘草素作为底物。对chomt1和chomt1 omt2突变体的根部和根际分泌物的类黄酮谱含量分析时，几乎检测不到DHMC，表明蒺藜苜蓿根部主要由ChOMT1产生DHMC。<br>　　此外，利用带有基于Lux荧光的类黄酮生物响应器的苜蓿中华根瘤菌(S.medicae)接种chomt1，omt2和chomt1 omt2突变体，它们根际周围诱导苜蓿中华根瘤菌结瘤基因的类黄酮的含量都有相似水平的减少。而chomt1，omt2和chomt1 omt2突变体结瘤正常。对CRISPR/Cas9技术敲除ChOMT3的毛状根进行根瘤菌接种的分析发现，ChOMT3的单突变不影响其结瘤能力。然而相比于chomt1突变体，同时缺失ChOMT1和ChOMT3使结瘤数目减少，表明二者存在功能冗余，并且其产物DHMC对诱发根瘤菌侵染植物细胞等结瘤过程起重要作用。进一步的遗传分析表明ChOMT1在结瘤过程中的增加需要转录因子NIN(Nodulation Inception)的调控。<br>　　除了DHMC，本论文研究用CRISPR/Cas9技术证实了已有的研究结果，即7，4’-二羟基黄酮(7，4’-dihydroxyflavone，DHF)也在结瘤里有着重要的作用，DHF由蒺藜苜蓿中的FNSⅡ-1(黄酮合酶，flavone synthase Ⅱ 1)和FNSⅡ-2产生的，当FNSⅡ-1和FNSⅡ-2被敲除，相应植株的根瘤数目减少。我们鉴定到这两个基因的同源基因，CYP93A8。CYP93A8的表达受到结瘤和丛枝菌根共生的诱导。FNSⅡ-1在受侵染的根毛中表达量低，而FNSⅡ-2和CYP93A8特异地在侵染的根毛和根瘤顶端表达。相比于FNSⅡ-1/2，CYP93A8在根瘤中的表达量更高。不过CYP93A8的单基因敲除植株有正常的结瘤能力。除了对查尔酮DHMC响应最强，Lux荧光系统对黄酮类DHF的响应也较强，这与它们在结瘤中的功能一致。<br>　　总之，我们揭示了查尔酮DHMC在蒺藜苜蓿结瘤过程中的重要功能，并且其含量增加的部分受到转录因子NIN的调控。除了ChOMT1和ChOMT3，OMT2和CYP93A8也参与到结瘤过程中。查尔酮和黄酮在蒺藜苜蓿结瘤过程的作用和苜蓿中华根瘤菌不能响应异黄酮的结果表明:在豆科和根瘤菌共生中，类黄酮有着控制根瘤菌宿主范围的作用。