2026年4月22日，华中农业大学农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室取得科研新进展，曹扬荣教授团队在国际知名期刊《Nature Communications》上发表了最新研究成果。该论文题为“Phosphorylation of rhizobial effector NopZ by soybean NORK promotes association with NENA and enhances nodulation”，深入解析了根瘤菌效应蛋白如何通过磷酸化修饰调控大豆共生结瘤的分子机制。
众所周知，根瘤菌共生固氮是豆科作物获取氮素的关键途径。这一复杂的生物学过程始于根瘤菌对植物分泌的黄酮类化合物的感应，进而诱导其合成结瘤因子。当植物受体NFR1和NFR5识别到这些结瘤因子后，便会启动共生信号转导。
除了分泌结瘤因子这一主要信号外，绝大多数根瘤菌还会向宿主细胞内分泌效应蛋白，以辅助调控共生过程，但关于这些效应蛋白如何直接干预植物信号通路的机制，长期以来一直是科学界探索的难点。
针对这一科学问题，曹扬荣教授团队以大豆共生受体激酶NORK为核心切入点，从38个根瘤菌效应蛋白中成功筛选出与其存在互作关系的NopZ蛋白。研究团队通过深入的生化实验发现，中华费氏根瘤菌HH103的Ⅲ型效应蛋白NopZ不仅是NORK的结合伙伴，更是其直接的磷酸化底物。借助质谱分析技术，研究人员精准鉴定出NopZ上的11个磷酸化位点，并通过构建不同突变体进行功能验证，证实了模拟磷酸化状态的NopZ能够显著提升大豆的结瘤能力。
在细胞亚显微结构层面，研究进一步揭示了磷酸化修饰对NopZ空间分布的决定性作用。磷酸化后的NopZ倾向于在细胞核及核膜区域富集，并与核孔蛋白NENA发生特异性相互作用。NENA作为共生信号通路中的关键组分，在调控NIN基因表达中扮演着重要角色。实验结果表明，NopZ通过与大豆NENA互作，能够有效诱导部分共生固氮相关基因的表达，二者很可能在核膜处形成协同作用，共同推动大豆的共生结瘤进程。
这项研究不仅证实了根瘤菌Ⅲ型效应蛋白NopZ是植物共生信号通路不可或缺的组成部分，还阐明了其介导信号从细胞膜向细胞核传递的具体路径。这一发现为理解根瘤菌效应蛋白调控植物共生的分子机理提供了强有力的新证据，也为未来通过遗传改良提高豆科作物生物固氮效率奠定了重要的理论基础。
该论文由华中农业大学生命科学技术学院博士生雷宇涛担任第一作者，曹扬荣教授为通讯作者。王雅楠、包汉斌、孙毓章、远璟、刘函西和叶颖参与了部分研究工作，华中农业大学朱辉副教授与东北农业大学辛大伟教授也对本研究做出了重要贡献。
