华中农业大学博士生第一作者身份在《Nature Communications》发表研究论文,揭示大豆共生固氮新机制

近日，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曹扬荣教授团队在Nature Communications上发表了题为“Phosphorylation of rhizobial effector NopZ by soybean NORK promotes association with NENA and enhances nodulation”的研究论文。该研究揭示了中华费氏根瘤菌HH103的Ⅲ型效应蛋白NopZ是大豆共生受体激酶NORK的直接磷酸化底物，NopZ被NORK磷酸化修饰后，在细胞核及核膜区积累，并与共生相关的核孔蛋白NENA互作，促进了大豆的共生结瘤。

根瘤菌共生固氮是大豆等豆科作物氮素主要来源。根瘤菌共生固氮起始于根瘤菌对大豆等豆科植物分泌的黄酮化合物的感知，从而诱导其合成结瘤因子。根瘤菌结瘤因子进而被植物受体NFR1和NFR5识别，启动共生信号转导。除了分泌结瘤因子共生信号，绝大部分根瘤菌还会向宿主细胞内分泌效应蛋白，以调控植物共生信号转导。然而，效应蛋白直接调控植物共生信号通路的机制大都未知。

研究团队以大豆共生受体激酶NORK为切入点，从38个根瘤菌效应蛋白中筛选到可与其互作的蛋白NopZ。进一步研究发现，NopZ不仅能与NORK结合，还会被其磷酸化修饰。通过质谱分析，研究人员鉴定出NopZ的11个磷酸化位点，并构建了不同突变体进行功能验证。结果表明，模拟磷酸化状态的NopZ显著提高了大豆的结瘤能力。

在细胞水平上，磷酸化后的NopZ主要积累在细胞核及核膜区域，并与核孔蛋白NENA相互作用。NENA是共生信号通路中的关键组分，在介导NIN基因表达调控中发挥重要作用。NopZ与大豆NENA互作，可诱导部共生固氮相关基因的表达。相关结果表明，NopZ与NENA可能在核膜处协同作用，共同调控大豆的共生结瘤过程。

该研究表明，根瘤菌Ⅲ型效应蛋白NopZ可作为植物共生信号通路的重要组成部分，介导了共生信号从细胞膜至细胞核的传递。研究不仅为理解根瘤菌效应蛋白如何参与调控植物共生信号提供了新证据，也为提高豆科作物生物固氮效率提供了新的理论基础。

华中农业大学生命科学技术学院博士生雷宇涛为本论文的第一作者，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本研究的部分工作。华中农业大学朱辉副教授、东北农业大学辛大伟教授为本研究作出重要贡献。本研究得到了国家自然科学基金重大项目课题等支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72277-z