华中农业大学生物固氮团队揭示苜蓿NAD1与自噬通路互作抑制根瘤免疫反应的调控机制

豆科植物与根瘤菌共生互作产生根瘤，为豆科植物提供绝大部分的氮素来源。在根瘤中，大量根瘤菌定殖于侵染细胞内并发育为具有固氮能力的类菌体，与宿主细胞建立共生互惠的互作关系。然而，根瘤菌能否成功定殖，是决定根瘤高效固氮的关键因素之一。

华中农业大学生物固氮团队前期鉴定到蒺藜苜蓿结瘤不固氮突变体nad1（NODULES WITH ACTIVATED DEFENSE1）（Wang et al., 2016）。蒺藜苜蓿NAD1编码一个仅含有96个氨基酸的蛋白质，且含有两个跨膜域。值得注意的是，NAD1同源基因仅存在于结瘤固氮分子植物基因组中（Yu et al., 2024）。在蒺藜苜蓿中，NAD1的缺失会导致根瘤中免疫反应过度激活，从而阻止了根瘤菌的成功定殖并完全丧失固氮活性。然而，蒺藜苜蓿NAD1抑制根瘤免疫反应的分子机制仍然未知。

近日，该团队在New Phytologist在线发表了题为“MtNAD1 associates with autophagy complex to contribute to the degradation of immunity-related proteins in Medicago truncatula nodules”的研究论文，揭示了蒺藜苜蓿NAD1与自噬通路互作共同抑制根瘤免疫反应的分子机制。

该研究发现，MtNAD1能够与自噬通路关键组分—MtATG8s家族成员互作。在蒺藜苜蓿中，当Mtatg7基因敲除后，根瘤会提前衰老，且根瘤中免疫反应相关基因表达量显著上调。这表明，MtNAD1不仅与自噬通路互作，且自噬通路也可能参与根瘤中免疫反应的调控。

进一步研究发现，MtNAD1与多个免疫相关蛋白（如MtBI-1a，MtPR10，MtLYM1和MtLYM2等）互作，并介导这些蛋白含量在根瘤中的降低。在烟草表达体系中，当沉默自噬通路关键基因NbATG5时，MtNAD1对这些蛋白稳定性的影响减弱，这暗示MtNAD1可能通过自噬途径调节这些蛋白的稳定性。为了验证这一假设，作者随后借助于CIRSPR-Cas9技术构建了Mtbi-1a nad1双突变和Mtlym1 Mtlym2 nad1三突变体，这些突变植株产生的根瘤与nad1坏死根瘤菌相比，均表现出不同程度的恢复。以上结果证明了MtNAD1一个生物功能：通过与自噬通路互作共同抑制根瘤中的免疫反应，从而促进根瘤菌的成功定殖和根瘤固氮。

华中农业大学生命科学技术学院博士生董汝为该论文的第一作者为，曹扬荣教授与余海翔博士（目前任职于崖州湾国家实验室）为通讯作者，华南农业大学李发强教授参与了该工作。本研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划 、广东省自然科学基金以及重点实验室项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1111/nph.20336