重磅！王二涛研究团队发《Nature》，揭示豆科植物共生固氮新机制！

北京时间2025年5月6日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队在国际学术期刊《自然》（Nature）在线发表了题为“A kinase mediator of rhizobial symbiosis and immunity in Medicago”的研究论文，揭示细胞质类受体激酶MtLICK1/2 在豆科植物与根瘤菌共生信号转导和免疫调控中的双重功能，拓展了人类对共生与免疫交叉新领域的认知。

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Research background

研究背景

植物生长在复杂的土壤环境中，既包括可以和植物建立共生关系的有益菌，也包括导致植物病害的病原菌。其中，根瘤菌可以和豆科植物建立共生关系，将大气中的氮（N₂）转化为植物可利用的铵（NH₄⁺），而植物则为根瘤菌提供光合产物作为碳源，二者互利共生。与之相反，病原微生物的存在时刻威胁着植物的健康和作物的产量。因此，豆科植物如何区分根瘤菌与病原菌，在建立共生关系的同时保持免疫防御能力，一直是植物生物学领域的未解之谜。

苜蓿根瘤

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Research content

研究内容

Nature

豆科植物-根瘤菌共生关系的建立，核心在于植物对微生物分泌共生信号的识别。其中，植物细胞表面的受体激酶如MtLYK3和受体蛋白MtNFP识别根瘤菌分泌的结瘤因子（Nod factor），启动共生信号转导。然而长期以来，科学家们对MtLYK3和MtNFP受体复合体如何激活共生信号通路仍然未知。该研究发现，细胞质类受体激酶MtLICK1/2与MtLYK3特异性相互作用，在根瘤共生过程中通过相互磷酸化激活结瘤因子受体复合物，从而启动共生信号转导。

更为重要的是，研究还揭示了MtLICK1/2在“共生-免疫”调控中的双重功能。一方面，作为结瘤因子信号通路的关键组分，MtLICK1/2的激酶活性直接受结瘤因子调控，进而控制根瘤菌侵染和根瘤器官的发育；另一方面，MtLICK1/2在根瘤菌侵染区被激活，有效抑制植物免疫反应，如MAPK的激活、活性氧（ROS）的爆发以及免疫相关基因的表达。这一精细的免疫调控机制确保了共生关系的顺利建立，同时维持了植物基础免疫能力，诠释了豆科植物如何在“共生-免疫”这一看似矛盾的生命过程中取得平衡。

MtLICK1/2 在豆科植物与根瘤菌共生信号转导和免疫调控中的双重功能

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Research Information

相关信息

王二涛研究组合影

分子植物卓越中心王二涛研究员为该研究的通讯作者，王二涛研究组已出站博士后王大鹏和上海中医药大学青年教师金蕊为该研究的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、新基石研究员项目、中国科学院基础研究青年科学家项目、中国科学院B类先导项目以及腾讯科学探索奖等基金的资助。

ET Lab

王二涛团队介绍

王二涛研究组长期致力于植物-微生物共生的机制和应用研究，取得了系统性、原创性研究成果：1）颠覆菌根“糖”营养的传统理论，建立以脂肪酸为核心的营养交换和调控的共生新理论（Cell, 2021; Science, 2017; Nat Commun, 2023; Mol Plant, 2017/2018等）；2）发现菌根因子受体和信号转导新机制，开辟植物识别“敌友”微生物的交叉新领域（Cell, 2025; Nature, 2024; Mol Plant, 2019; PNAS, 2021等）；3）揭示豆科植物结瘤固氮的新机制并应用于农业生产，提出农业有益微生物的应用线路图（Cell, 2025; Nature, 2021; Nat Commun, 2016/2022/2024; Nat Plants, 2023/2024; Plant Cell, 2022; Current Biology, 2021等）。研究成果先后入选2017和2021年中国农业科学重大进展，2021年Cell Press中国区年度论文，多项成果成为领域奠基性工作。