豆科植物共生固氮過程中調控侵染線形成的新成員

　　10月30日，PLoS Genetics 雜志發表了中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所謝芳研究組題為SCARN a Novel Class of SCAR Protein That Is Required for Root-Hair Infection during Legume Nodulation 的研究論文。該工作揭示了豆科植物共生固氮過程中，宿主植物調控微絲骨架重排，從而起始調控侵染線的形成。

　　氮素是植物生長發育的重要營養元素，目前農作物主要通過施用工業氮肥獲取氮源。隨著世界人口的增長，人們對糧食作物的需求與日俱增，而大量施用工業氮肥，不僅耗費了大量的能源，同時也造成了對環境的污染。豆科植物與根瘤菌之間的共生固氮是植物獲取氮素最為有效且經濟的形式。研究豆科植物共生固氮的分子機理，不僅有助于理解共生固氮這種生命現象的本質，也為探索非豆科植物共生固氮的潛能提供理論基礎。

　　謝芳研究組致力于共生固氮過程中根瘤菌侵染和根瘤器官發育分子機制的研究。在研究中，研究人員發現編碼WAVE/SCAR復合體中的一個組分SCAR蛋白的缺失導致侵染線不能正常形成。通過蛋白序列分析發現，該SCAR蛋白屬于豆科植物特異的一個分支，該蛋白可能通過基因重組獲得了在共生固氮中的特殊功能，故命名為SCARN (SCAR-Nodulation)。WAVE/SCAR復合體是調控微絲成核因子ARP2/3復合體活性的重要組分。SCAR蛋白N-端與WAVE/SCAR復合體相互作用，而C-端與ARP2/3復合體相互作用，并結合G-actin以形成分叉狀的微絲。SCARN蛋白C-端與ARPC3直接相互作用，而且過量表達SCARN N-端抑制結瘤，造成dominant-negative效應。進一步研究表明，在根瘤菌侵染的表皮細胞中SCARN特異表達，而且共生特異的轉錄因子NIN(Nodule inception)直接調控它的表達。

　　該研究得到上海生科院和上海市科委項目的資助。