Plant Com | 华中农业大学曹扬荣教授团队揭示根瘤菌效应蛋白NopM靶向豆科植物结瘤因子受体NFR5,促进根瘤菌侵染与结瘤

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2026.101717

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 Plant Communications 在线发表研究论文 "Rhizobial effector NopM mediates the ubiquitination of the Nod factor receptor NFR5 and promotes rhizobial symbiosis in Lotus japonicus"。该研究揭示了根瘤菌Ⅲ型效应蛋白 NopM 可直接靶向豆科植物结瘤因子受体 NFR5，通过选择性介导NFR5的泛素化并调控其蛋白丰度，从而在特定条件下促进根瘤菌侵染与结瘤。

豆科植物与根瘤菌形成根瘤并进行共生固氮，是自然界高效的生物固氮方式之一。一般认为，共生固氮体系的建立依赖根瘤菌分泌的结瘤因子（Nod factor, NF）被宿主细胞表面的受体识别并激活信号通路，其中NFR1/NFR5等受体对侵染线形成与结瘤发育至关重要。但除了NF信号通路，许多根瘤菌还携带Ⅲ型分泌系统（T3SS），向植物细胞内“注入”Ⅲ型效应蛋白（T3Es）。这些效应蛋白在共生中可能发挥促进或抑制作用，但其在宿主细胞中如何精准调控共生信号，仍缺乏直接分子机制证据。

研究团队发现，来源于费氏中华根瘤菌 Sinorhizobium fredii NGR234 的效应蛋白 NopM 能与百脉根的 NFR1 与 NFR5直接互作。更关键的是，在体外重构的泛素化体系中，NopM作为E3连接酶选择性介导NFR5而非NFR1的泛素化。研究还发现，在百脉根毛状根表达NopM增加了NFR5蛋白丰度。上述研究结果明确了NFR5是NopM的一个直接靶标，表明根瘤菌可以通过泛素化调节受体蛋白含量，从而影响共生过程。

在百脉根共生固氮体系中，研究团队比较了 NGR234 不同效应蛋白突变菌株的共生表型。结果显示，在ΔnopT背景中，缺失 nopM 会降低根瘤菌侵染与结瘤；相反，在植物中以结瘤相关启动子表达NopM可增强侵染与结瘤过程。结合团队前期工作（Bao et al., 2025）发现的 NopT 可直接靶向并切割NFR5近膜区、抑制共生信号。该研究结果表明，NopT和NopM趋同靶向（convergent targeting）宿主的同一个组分—NFR5，从而协同调控根瘤菌侵染和共生结瘤效率。

本研究成果不仅为解析豆科植物与根瘤菌间复杂的互作关系提供了关键见解，更为深入理解根瘤菌Ⅲ型效应蛋白通过直接靶向NFR精准微调NF信号传导提供了新视角，为后续借助生物技术手段提升豆科植物结瘤固氮效率筑牢了坚实理论根基。

华中农业大学生命科学技术学院已毕业博士生王雅楠（现为中国热带农业科学院南亚热带作物研究所助理研究员）和硕士生包汉斌为本论文共同第一作者，曹扬荣教授为通讯作者。雷宇涛、邹中民、原利发和李昊星参与本研究的部分工作。华中农业大学朱辉副教授、东北农业大学辛大伟教授、中山大学Christian Staehelin教授为本研究作出重要贡献。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央公益性科研院所基本科研业务费专项等项目的支持。