中国农业大学重磅研究再登Science！

植物与土壤微生物的共生关系是自然界最为奇妙的生命现象之一。豆科植物与根瘤菌的共生固氮，以及大多数陆生植物与丛枝菌根真菌的营养交换，都依赖于微生物成功进入植物根系内部。这一过程需要植物根毛细胞发生精密的形态重构——细胞膜内陷形成“感染通道”，让微生物得以进入。然而，长期以来，科学家对于植物如何启动这一细胞膜重塑过程知之甚少。细胞骨架中的肌动蛋白丝被认为可能提供必要的机械力，但具体的分子调控机制一直是植物-微生物共生研究领域的谜题。

2026年3月6日，《Science》杂志在线发表了题为《Nanodomain-localized formin gates symbiotic microbial entry in legume and solanaceous plants》的研究论文。该项研究由中国农业大学梁鹏博团队和德国弗赖堡大学Thomas Ott团队合作完成，中国农业大学为第一完成单位。研究团队在模式豆科植物蒺藜苜蓿中发现了一个名为SYFO2（共生formin 2）的关键蛋白，揭示了其在根瘤菌和丛枝菌根真菌进入植物根系过程中的核心调控作用。

研究发现，SYFO2蛋白在根瘤菌存在时会从均匀分布在细胞膜上的状态转变为聚集形成特定的纳米结构域。在这些位点上，SYFO2与细胞膜支架蛋白SYMREM1发生物理相互作用，形成相分离的蛋白凝聚体。这种凝聚体像微型反应器一样，将肌动蛋白组装 machinery 局部富集并激活，促使断裂的肌动蛋白片段重新组装成完整的肌动蛋白丝。这一过程对于启动细胞膜内陷、形成根瘤菌进入的“感染腔”至关重要。当SYFO2基因发生突变时，虽然根毛仍能卷曲包裹根瘤菌，但无法形成感染通道，共生过程就此中断。

进一步研究表明，SYFO2的功能远不止于豆科植物与根瘤菌的共生。在进化上更为古老的丛枝菌根共生中，SYFO2同样发挥着不可或缺的作用。在蒺藜苜蓿中，SYFO2是唯一一个在菌根真菌侵染时被强烈诱导表达的formin家族基因。显微镜观察显示，SYFO2蛋白特异性地聚集在丛枝细分支周围，而非粗大的主干菌丝处。在番茄中敲除SYFO2基因后，菌根真菌虽然能够进入根系，但形成的丛枝数量显著减少且发育不良，表明SYFO2在豆科和非豆科植物中保守地调控着菌根共生过程。

令人惊讶的是，尽管番茄早在数百万年前的进化过程中就失去了结瘤能力和关键的结瘤调控因子NIN基因，但其SYFO2基因的启动子区域却保留了一个能够响应NIN的DNA元件。当研究人员将豆科植物的NIN蛋白导入番茄后，成功激活了内源SYFO2基因的表达。生化实验证实，NIN蛋白能够直接结合到番茄SYFO2启动子的特定序列上，尽管这一序列与豆科植物中经典的NIN结合位点相似度不高。这一发现揭示了非豆科植物中可能潜藏着能够被“唤醒”的共生调控模块，为未来在玉米、水稻等主要作物中重建根瘤菌共生固氮能力提供了全新的思路和靶点。

中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室梁鹏博研究员是该论文的通讯作者，德国弗莱堡大学Thomas Ott教授是共同通讯作者，在读博士生乔李锦、孙恒为论文的共同第一作者，唐继萍为第二作者，同时，课题组内在读博士生姚佶林，在读硕士生赵飞扬和参与URP计划的拔尖2.0基地的本科生倪颖也参与了该研究工作。

中国农业大学生物学院田长富教授、杨光辉教授，资源与环境学院张林教授，法国图卢兹大学Pierre-Marc Delaux教授，英国剑桥大学Giles Oldroyd教授，德国弗莱堡大学Robert Grosse教授对该研究提供了专业的指导与帮助。中国农业大学生物学院王献兵教授、园艺学院杜敏敏教授，中国科学院分子植物科学卓越创新中心谢芳研究员、Jeremy Murray研究员，中国科学院植物研究所李欣然研究员，英国剑桥大学塞恩斯伯里实验室Katharina Schiessl研究员，美国康奈尔大学博伊斯·汤普森研究所Maria Harrison研究员，中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室显微镜平台刘毅敏老师，清华大学蛋白质研究中心细胞影像平台张彦丽老师为该研究提供了重要的材料支持和技术支撑。

该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、教育部分子设计育种前沿科学中心建设专项、共生固氮工程ENSA项目、拼多多-中国农业大学研究基金及中国农业大学2115人才发展计划等项目的资助。

READING

BioPeers

欢迎关注本公众号，所有内容欢迎点赞，推荐❤️，评论，转发~

如有错误、遗漏、侵权或商务合作请私信小编~~

欢迎大家投稿课题组 研究进展 、招聘及招生宣传~

所有文章只为科普、科研服务，无商业目的~