中國農業大學重磅研究再登Science！

植物與土壤微生物的共生關系是自然界最為奇妙的生命現象之一。豆科植物與根瘤菌的共生固氮，以及大多數陸生植物與叢枝菌根真菌的營養交換，都依賴于微生物成功進入植物根系內部。這一過程需要植物根毛細胞發生精密的形態重構——細胞膜內陷形成“感染通道”，讓微生物得以進入。然而，長期以來，科學家對于植物如何啟動這一細胞膜重塑過程知之甚少。細胞骨架中的肌動蛋白絲被認為可能提供必要的機械力，但具體的分子調控機制一直是植物-微生物共生研究領域的謎題。

2026年3月6日，《Science》雜志在線發表了題為《Nanodomain-localized formin gates symbiotic microbial entry in legume and solanaceous plants》的研究論文。該項研究由中國農業大學梁鵬博團隊和德國弗賴堡大學Thomas Ott團隊合作完成，中國農業大學為第一完成單位。研究團隊在模式豆科植物蒺藜苜蓿中發現了一個名為SYFO2（共生formin 2）的關鍵蛋白，揭示了其在根瘤菌和叢枝菌根真菌進入植物根系過程中的核心調控作用。

研究發現，SYFO2蛋白在根瘤菌存在時會從均勻分布在細胞膜上的狀態轉變為聚集形成特定的納米結構域。在這些位點上，SYFO2與細胞膜支架蛋白SYMREM1發生物理相互作用，形成相分離的蛋白凝聚體。這種凝聚體像微型反應器一樣，將肌動蛋白組裝 machinery 局部富集并激活，促使斷裂的肌動蛋白片段重新組裝成完整的肌動蛋白絲。這一過程對于啟動細胞膜內陷、形成根瘤菌進入的“感染腔”至關重要。當SYFO2基因發生突變時，雖然根毛仍能卷曲包裹根瘤菌，但無法形成感染通道，共生過程就此中斷。

進一步研究表明，SYFO2的功能遠不止于豆科植物與根瘤菌的共生。在進化上更為古老的叢枝菌根共生中，SYFO2同樣發揮著不可或缺的作用。在蒺藜苜蓿中，SYFO2是唯一一個在菌根真菌侵染時被強烈誘導表達的formin家族基因。顯微鏡觀察顯示，SYFO2蛋白特異性地聚集在叢枝細分支周圍，而非粗大的主干菌絲處。在番茄中敲除SYFO2基因后，菌根真菌雖然能夠進入根系，但形成的叢枝數量顯著減少且發育不良，表明SYFO2在豆科和非豆科植物中保守地調控著菌根共生過程。

令人驚訝的是，盡管番茄早在數百萬年前的進化過程中就失去了結瘤能力和關鍵的結瘤調控因子NIN基因，但其SYFO2基因的啟動子區域卻保留了一個能夠響應NIN的DNA元件。當研究人員將豆科植物的NIN蛋白導入番茄后，成功激活了內源SYFO2基因的表達。生化實驗證實，NIN蛋白能夠直接結合到番茄SYFO2啟動子的特定序列上，盡管這一序列與豆科植物中經典的NIN結合位點相似度不高。這一發現揭示了非豆科植物中可能潛藏著能夠被“喚醒”的共生調控模塊，為未來在玉米、水稻等主要作物中重建根瘤菌共生固氮能力提供了全新的思路和靶點。

中國農業大學植物抗逆高效全國重點實驗室梁鵬博研究員是該論文的通訊作者，德國弗萊堡大學Thomas Ott教授是共同通訊作者，在讀博士生喬李錦、孫恒為論文的共同第一作者，唐繼萍為第二作者，同時，課題組內在讀博士生姚佶林，在讀碩士生趙飛揚和參與URP計劃的拔尖2.0基地的本科生倪穎也參與了該研究工作。

中國農業大學生物學院田長富教授、楊光輝教授，資源與環境學院張林教授，法國圖盧茲大學Pierre-Marc Delaux教授，英國劍橋大學Giles Oldroyd教授，德國弗萊堡大學Robert Grosse教授對該研究提供了專業的指導與幫助。中國農業大學生物學院王獻兵教授、園藝學院杜敏敏教授，中國科學院分子植物科學卓越創新中心謝芳研究員、Jeremy Murray研究員，中國科學院植物研究所李欣然研究員，英國劍橋大學塞恩斯伯里實驗室Katharina Schiessl研究員，美國康奈爾大學博伊斯·湯普森研究所Maria Harrison研究員，中國農業大學植物抗逆高效全國重點實驗室顯微鏡平臺劉毅敏老師，清華大學蛋白質研究中心細胞影像平臺張彥麗老師為該研究提供了重要的材料支持和技術支撐。

該研究得到了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、教育部分子設計育種前沿科學中心建設專項、共生固氮工程ENSA項目、拼多多-中國農業大學研究基金及中國農業大學2115人才發展計劃等項目的資助。

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