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

2026年3月6日，《Science》雜志在線發(fā)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(nóng)業(yè)大學(xué)梁鵬博團(tuán)隊和德國弗賴堡大學(xué)Thomas Ott團(tuán)隊合作完成，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一完成單位。研究團(tuán)隊在模式豆科植物蒺藜苜蓿中發(fā)現(xiàn)了一個名為SYFO2（共生formin 2）的關(guān)鍵蛋白，揭示了其在根瘤菌和叢枝菌根真菌進(jìn)入植物根系過程中的核心調(diào)控作用。

研究發(fā)現(xiàn)，SYFO2蛋白在根瘤菌存在時會從均勻分布在細(xì)胞膜上的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫奂纬商囟ǖ募{米結(jié)構(gòu)域。在這些位點上，SYFO2與細(xì)胞膜支架蛋白SYMREM1發(fā)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(yīng)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(xì)胞膜內(nèi)陷、形成根瘤菌進(jìn)入的“感染腔”至關(guān)重要。當(dāng)SYFO2基因發(fā)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(jìn)一步研究表明，SYFO2的功能遠(yuǎn)不止于豆科植物與根瘤菌的共生。在進(jìn)化上更為古老的叢枝菌根共生中，SYFO2同樣發(fā)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(dǎo)表達(dá)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(xì)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(jìn)入根系，但形成的叢枝數(shù)量顯著減少且發(fā)育不良，表明SYFO2在豆科和非豆科植物中保守地調(diào)控著菌根共生過程。

令人驚訝的是，盡管番茄早在數(shù)百萬年前的進(jìn)化過程中就失去了結(jié)瘤能力和關(guān)鍵的結(jié)瘤調(diào)控因子NIN基因，但其SYFO2基因的啟動子區(qū)域卻保留了一個能夠響應(yīng)NIN的DNA元件。當(dāng)研究人員將豆科植物的NIN蛋白導(dǎo)入番茄后，成功激活了內(nèi)源SYFO2基因的表達(dá)。生化實驗證實，NIN蛋白能夠直接結(jié)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(jīng)典的NIN結(jié)合位點相似度不高。這一發(fā)現(xiàn)揭示了非豆科植物中可能潛藏著能夠被“喚醒”的共生調(diào)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(nóng)業(yè)大學(xué)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(xué)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(nèi)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(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院田長富教授、楊光輝教授，資源與環(huán)境學(xué)院張林教授，法國圖盧茲大學(xué)Pierre-Marc Delaux教授，英國劍橋大學(xué)Giles Oldroyd教授，德國弗萊堡大學(xué)Robert Grosse教授對該研究提供了專業(yè)的指導(dǎo)與幫助。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院王獻(xiàn)兵教授、園藝學(xué)院杜敏敏教授，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心謝芳研究員、Jeremy Murray研究員，中國科學(xué)院植物研究所李欣然研究員，英國劍橋大學(xué)塞恩斯伯里實驗室Katharina Schiessl研究員，美國康奈爾大學(xué)博伊斯·湯普森研究所Maria Harrison研究員，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)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(xué)蛋白質(zhì)研究中心細(xì)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(shù)支撐。

該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、教育部分子設(shè)計育種前沿科學(xué)中心建設(shè)專項、共生固氮工程ENSA項目、拼多多-中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研究基金及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才發(fā)展計劃等項目的資助。

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