院士领衔！中国农业大学，今年首篇Science正刊！
大多数植物通过与共生菌和内生菌互作，提升从土壤中吸收养分的能力。分布最广泛的是与丛枝菌根真菌（AMF）的共生，这种互利共生关系起源于 4 亿～5 亿年前陆地植物的早期祖先，主要帮助植物获取生长必需的关键营养元素 —— 磷。第二大类常见共生关系是根瘤共生（RNS），依赖根瘤菌或放线菌根瘤菌对植物根系的胞内定殖。
能够结瘤的植物仅出现在由豆目、壳斗目、葫芦目和蔷薇目组成的单系类群中，被称为固氮分支。在这一共生过程中，根瘤菌分化为具有固氮能力的 “类菌体”，可高效将大气中的氮气（N₂）还原为氨（NH₃）。
在结瘤植物中，根瘤菌与 AMF 的侵染均依赖一组构成共同共生信号通路（CSSP）的基因。CSSP 中任一基因发生功能缺失突变，都会导致宿主无法成功建立这两种共生关系。
CSSP 通路通过受体识别微生物分泌的脂壳寡糖信号：根瘤菌产生的结瘤因子（NF）与菌根真菌产生的菌根因子（Myc 因子）。这一识别过程通过胞内信号转导传递，触发细胞核及核周区域的周期性钙振荡（钙峰）。
这些核钙信号由定位于细胞核的钙 / 钙调素依赖蛋白激酶（CCaMK）解码，其主要磷酸化底物是百脉根中的 CYCLOPS 与苜蓿中的 IPD3 转录激活因子。
IPD3 及其转录复合体位于信号分支点，其下游分别是菌根共生与根瘤共生的特异性主控转录因子，如RAM1与NIN，分别决定菌根或根瘤菌相关的特异性响应。
模式豆科植物与根瘤菌之间的根瘤共生，需要胞内根毛侵染与根瘤发育两个核心过程在时空上高度精准协同。
从形态上看，这一紧密互作始于根毛对附着在表面的根瘤菌发生卷曲，将其包裹在侵染室（IC）中；随后启动形成侵染线（IT）—— 一条极性反向生长的膜通道，沿皮层特定路径跨细胞延伸。
这些过程的核心是肌动蛋白细胞骨架重塑，尤其是在蒺藜苜蓿、百脉根、大豆等豆科植物的根毛侵染阶段。
形成素（formin）是一类促进肌动蛋白聚合的蛋白家族，在细胞形态、运动与分裂中起关键作用。其中，共生形成素 1（SYFO1）介导质膜与细胞壁的相互作用，是根毛侵染前质膜形态动态重塑的关键。
植物 Rho 鸟苷酸交换因子（ROP‑GEF）可能通过 SCAR/WAVE 复合体调控侵染线延伸过程中的肌动蛋白骨架变化。
在侵染过程中，结瘤因子受体由支架蛋白稳定在质膜纳米域中，如 remorin 蛋白 SYMREM1 与 flotillin 蛋白 FLOT4，这对启动共生侵染信号至关重要。
然而，在根瘤菌侵染位点启动质膜内陷的结构机制 —— 这一共生的前提 —— 仍不明确。
体外细胞动力学研究表明，肌动蛋白骨架的局部重组可对细胞膜产生生物物理作用力，从而诱导内陷。这一结果支持如下假说：宿主根瘤菌侵染位点存在特异性肌动蛋白调控因子，以促进细胞膜形态建成。
解析这些促使根瘤菌进入宿主细胞的关键事件，是在非豆科植物中工程化构建并稳定这一共生关系的基础。
中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室梁鹏博研究员以及德国弗莱堡大学Thomas Ott教授发现了一种肌动蛋白成核蛋白 SYFO2（属于形成素家族），它在两类共生关系中均发挥作用。
SYFO2 是豆科植物苜蓿与非豆科植物番茄中共生菌进入根毛的必需因子。它通过与膜纳米域中的 remorin 蛋白互作，形成凝聚体来组织细胞骨架，为微生物定殖做准备。
尽管番茄无法与根瘤菌形成结瘤共生，但其 SYFO2 仍可被豆科共生调控因子 NIN 上调。这一发现有助于在非结瘤作物中工程化构建细菌共生系统。
中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室梁鹏博研究员是该论文的通讯作者，德国弗莱堡大学Thomas Ott教授是共同通讯作者，在读博士生乔李锦、孙恒为论文的共同第一作者，唐继萍为第二作者，同时，课题组内在读博士生姚佶林，在读硕士生赵飞扬和参与URP计划的拔尖2.0基地的本科生倪颖也参与了该研究工作。
中国农业大学生物学院田长富教授、杨光辉教授，资源与环境学院张林教授，法国图卢兹大学Pierre-Marc Delaux教授，英国剑桥大学Giles Oldroyd教授，德国弗莱堡大学Robert Grosse教授对该研究提供了专业的指导与帮助。
中国农业大学生物学院王献兵教授、园艺学院杜敏敏教授，中国科学院分子植物科学卓越创新中心谢芳研究员、Jeremy Murray研究员，中国科学院植物研究所李欣然研究员，英国剑桥大学塞恩斯伯里实验室Katharina Schiessl研究员，美国康奈尔大学博伊斯·汤普森研究所Maria Harrison研究员，中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室显微镜平台刘毅敏老师，清华大学蛋白质研究中心细胞影像平台张彦丽老师为该研究提供了重要的材料支持和技术支撑。
该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、教育部分子设计育种前沿科学中心建设专项、共生固氮工程ENSA项目、拼多多-中国农业大学研究基金及中国农业大学2115人才发展计划等项目的资助。
梁鹏博，青年研究员，博士生导师。博士和博后先后就读于德国慕尼黑大学和德国弗莱堡大学，2022年8月以“青年研究员”引入中国农业大学生物学院，任职微生物学与免疫学系青年研究员。研究成果第一作者/通讯作者文章发表在PNAS、Current Biology等期刊6篇，获批国家专利1项。2023年获得由欧洲固氮委员会颁发的“青年学者奖”，2021年获得由中国驻德国大使馆、中国驻法国大使馆联合颁发的“杰出华人学者奖”
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx8542
