蒺藜苜蓿LysM類受體激酶的研究進(jìn)展

摘要 LysM 類受體激酶屬于多基因家族，其胞外域直接參與幾丁質(zhì)、肽聚糖和脂殼寡糖等糖化合物的感知，從而激活植物免疫或共生信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。豆科模式植物蒺藜苜蓿中第1 個LysM 受體基因LYK3 的功能于2003年被表征。此后，越來越多的LysM 類受體激酶的功能相繼被鑒定。本文總結(jié)了蒺藜苜蓿LysM 類受體激酶家族基因功能特征，綜述了蒺藜苜蓿LysM 類受體激酶家族分別在根瘤共生、菌根共生和免疫感知等方面的研究進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，蒺藜苜蓿LysM 類受體激酶家族基因數(shù)量的擴(kuò)張導(dǎo)致了功能分化，但也存在部分基因間功能冗余現(xiàn)象。此外，研究還揭示了免疫與共生信號在LysM 類受體激酶介導(dǎo)的受體感知層面存在著密切的交聯(lián)，為后續(xù)研究蒺藜苜蓿中LysM 類受體激酶家族基因提供有效參考。

關(guān)鍵詞 蒺藜苜蓿； LysM 類受體激酶； 根瘤共生； 菌根共生； 免疫感知

中圖分類號 S551+.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1000-2421（2024）04-0003-09

氮元素是構(gòu)成蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的重要元素，也是限制植物生長和形成產(chǎn)量的主要元素。屬于FaFaCuRo（豆目Fabales、殼斗目Fagales、葫蘆目Cucurbitales、薔薇目Rosales）的部分植物獲得了與根瘤菌形成根瘤共生（root nodule symbiosis，RNS）的能力，能夠在氮素缺乏的土地上生長。蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）由于基因組較?。s450Mb）、染色體組型簡單（2n=2x=16）、世代周期短（約3 個月），并且能夠與根瘤菌和叢枝菌根真菌建立共生，成為豆科模式植物。

植物通過一系列類受體激酶感知和響應(yīng)各種微生物信號，這些信號被稱為微生物相關(guān)分子模式（microbial-associated molecular patterns，MAMPs）。植物的類受體激酶根據(jù)不同的胞外域結(jié)構(gòu)大致分為：亮氨酸重復(fù)序列類（leucine-rich repeats，LRRs）、凝集素類（lectins）和溶菌素基序類（LysMs）等［1］。溶素基序類受體激酶（LysM-receptor like kinase，LysMRLK）是植物特異性受體蛋白家族，可感知土壤微生物的成分，調(diào)節(jié)先天免疫和共生。LysM 受體家族成員的數(shù)量在不同的植物中具有較大的差異，在不能進(jìn)行根瘤菌共生和叢枝菌根真菌共生的擬南芥中有5 種、大葉藻中有4 種，在僅有叢枝菌根真菌共生的水稻中有10 種、番茄中有14 種，在既有根瘤菌共生又有叢枝菌根真菌共生的蒺藜苜蓿中有24 種、百脈根中有20 種［2］，暗示隨著共生能力獲得，LysM 受體家族成員的數(shù)量急劇擴(kuò)張。LysM 類受體激酶家族在共生及免疫中出現(xiàn)功能分化，意味著該家族基因引入了新的功能。蒺藜苜蓿中已經(jīng)鑒定得到的24 種LysM 受體可分為3 類：LYM（LysM protein）類2 種、LYK（LysM domain-containing receptor-like kinase）類11 種、LYR（LYK-related）類11 種［3］（表1）。目前雖然已經(jīng)鑒定到其中一些LysM 受體的生化功能，但還有大部分的受體具體功能未被解析。本文對過去20 多年蒺藜苜蓿LysM 受體激酶參與共生和免疫反應(yīng)的研究進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，旨在為深入研究該家族基因的功能奠定基礎(chǔ)。

1 蒺藜苜蓿LysM類受體激酶

蒺藜苜蓿中LysM 類受體激酶家族可根據(jù)其激酶結(jié)構(gòu)域劃分為3 種類型（圖1）。第1 種類型為LYK，是標(biāo)準(zhǔn)形式的RD 激酶，含有催化性的D 殘基，其前一個殘基為R，這種類型的激酶在體外表現(xiàn)出自磷酸化活性［14］。第2 種類型為LYR，攜帶1 種非典型激酶結(jié)構(gòu)，缺少一些關(guān)鍵的激酶活性特征，如富含甘氨酸的loop。在體外實驗中，這種激酶無法顯示自磷酸化或反式磷酸化活性［15］。近年來有關(guān)LYK 類蛋白和LYR 類蛋白功能表征的研究已在許多代表高等植物遺傳多樣性的物種中進(jìn)行，包括雙子葉植物（擬南芥、蒺藜苜蓿、百脈根和番茄）和單子葉植物（水稻、大麥）等。第3 種類型為LYM，不具備胞內(nèi)激酶域，通過糖基磷脂酰肌醇（glycosylphosphatidylinositol，GPI）方式錨定于細(xì)胞膜上［16］。

LysM 類受體激酶家族通常具有單次跨膜結(jié)構(gòu)域、胞外和胞內(nèi)區(qū)域。胞外域通常包含3 個LysM 結(jié)構(gòu)域（每個結(jié)構(gòu)域由約40 個氨基酸組成），主要負(fù)責(zé)對脂殼寡糖（lipochitooligosaccharide，LCO）、殼寡糖（chitooligosaccharide，CO）和肽聚糖（peptidoglycan，PGN）等3 種含GlcNAc 的配體信號的感知。LysM類受體激酶的胞外域三級結(jié)構(gòu)呈緊密的三葉草狀，其中3 個典型的βααβ 狀LysM 結(jié)構(gòu)域通過3 個保守的二硫鍵緊密互連并穩(wěn)定，配體可以結(jié)合到第1 個LysM 結(jié)構(gòu)域中。這些LysM 類受體激酶具有相似的三級結(jié)構(gòu)，暗示了它們可能擁有共同的起源［17］。當(dāng)胞外域感知到配體后，可以激活不同的植物反應(yīng)，從而導(dǎo)致共生建立或?qū)Σ≡w的防御反應(yīng)。位于N 末端第1 個和第2 個LysM 結(jié)構(gòu)域之后的半胱氨酸基序（cys-xaa-cys）對于二硫鍵的形成和確保蛋白質(zhì)在細(xì)胞環(huán)境中正確的折疊和功能發(fā)揮至關(guān)重要［18］。LYK類受體激酶胞內(nèi)區(qū)域包含1 個激酶結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域能通過自磷酸化控制催化活性，這一過程受到系統(tǒng)下游信號傳導(dǎo)的調(diào)節(jié)［14，19］。在激酶結(jié)構(gòu)域中鑒定的重要保守基序或殘基包含：富含甘氨酸的GxGxxG基序，與ATP 分子中的磷酸根形成氫鍵從而穩(wěn)定ATP；AxK（磷酸轉(zhuǎn)移）基序，能夠與ATP 的α-和β-磷酸基團(tuán)形成氫鍵；HRD 基序，主要起到催化和穩(wěn)定鎂離子的作用等。LYK 類受體激酶的這些基序?qū)TP 的水解至關(guān)重要，是激酶活性發(fā)揮的基礎(chǔ)［3］。

2 蒺藜苜蓿LysM類受體激酶在RNS中的研究

2001 年，在蒺藜苜蓿中通過篩選不能結(jié)瘤的突變體庫中鑒定到1 個名為根毛卷曲（hair curling，HCL）的基因，該基因?qū)τ诟鼍T導(dǎo)的根毛卷曲和侵染至關(guān)重要［20］。hcl 突變體表現(xiàn)出根毛卷曲受阻、侵染線的形成早期階段受阻、表皮結(jié)瘤因子（nod factors，NFs）響應(yīng)正常、皮層細(xì)胞分裂減弱等表型［4］。在蒺藜苜蓿中LYK3（LysM receptor like kinase 3）被證明編碼HCL，除了負(fù)責(zé)侵染線形成之外，該基因還控制根毛卷曲。在豆科模式植物百脈根中，LYK3 的直系同源基因是LjNFR1，該基因突變后將喪失全部對根瘤菌或者結(jié)瘤因子NFs 的響應(yīng)，但是蒺藜苜蓿中l(wèi)yk3 仍存在約50% 共生響應(yīng)［21］。研究人員提出了蒺藜苜蓿中NFs 識別的雙受體模型：即LYK3 作為進(jìn)入受體（entry receptor）介導(dǎo)了對結(jié)瘤因子側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的精確識別；而其他的同源蛋白可能行使作為信號受體（signaling receptor）的功能，對NFs 側(cè)鏈基團(tuán)識別較為寬泛，主要功能是傳遞共生信號［22］。根瘤菌突變體接種試驗表明，LYK3 以依賴NFs 側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的方式控制侵染線（infection treads，ITs）的形成，這支持了雙受體模型中LYK3 作為進(jìn)入受體發(fā)揮作用［23］。近期研究表明，在蒺藜苜蓿中識別NFs 的雙受體模型可能存在爭議，因為在蒺藜苜蓿中LYK3 存在2 個同源基因LYK2、LYK2bis。蒺藜苜蓿lyk2/lyk3/lyk2bis 三突變體完全喪失了共生信號，并且過表達(dá)其中任意一個就能恢復(fù)三突變體的結(jié)瘤能力［5］，這說明單個LysM 受體就能行使完整共生功能。LYK2bis 是蒺藜苜蓿R108 生態(tài)型特有的一個新進(jìn)化基因，負(fù)責(zé)參與識別突變體苜蓿中華根瘤菌（Sinorhi?zobia meliloti 2011，nodF/nodL），這在一定程度上擴(kuò)展了蒺藜苜蓿的宿主范圍特異性。在蒺藜苜蓿中過表達(dá)百脈根的結(jié)瘤因子受體NFR1（nod factor receptor1）/NFR5（nod factor receptor 5）可以使蒺藜苜蓿與百脈根的根瘤菌兼容并產(chǎn)生部分正常的根瘤，表明結(jié)瘤因子受體介導(dǎo)了部分宿主范圍特異性［24］。

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)瘤因子受體LYK3 和NFR1 的胞外域第1 個LysM 基序的部分保守序列負(fù)責(zé)結(jié)瘤因子的識別特異性。LYK3 對Sm2011 產(chǎn)生的結(jié)瘤因子（SmLCO）的親和實驗表明，LYK3 高親和力結(jié)合其匹配的NFs［Kd=（27.4±0.4） μmol/L］，與不匹配的百脈根中慢生根瘤菌（Mesorhizobium loti）產(chǎn)生的NFs 結(jié)合能力［Kd=（173.2±0.9） μmol/L］相比降低6 倍［25］。LYK2 和LYK2bis 胞外域序列比對結(jié)果顯示，二者具有高度的相似性，尤其是在Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)具有完全相似的結(jié)構(gòu)。此前的研究表明該區(qū)域具有NFs 識別的特異性，暗示LYK2 與LYK2bis 可能具有相似的識別NFs 的能力，需要進(jìn)一步的試驗來證明。蒺藜苜蓿中包括LYK3 在內(nèi)的多個LysM受體緊密排列在5 號染色體上，一些LYK 簇基因之間的蛋白質(zhì)相似性表明它們可能是相互冗余的，這些LysM 受體基因可能經(jīng)歷了多次的基因復(fù)制事件，同時也有一些LysM 受體存在基因重組事件導(dǎo)致截短基因的產(chǎn)生（如R108 生態(tài)型中的LYK5bis）以及新基因LYK2bis 的產(chǎn)生［6，26］。這也說明在蒺藜苜蓿中參與NFs 感知的LysM 受體的基因組所在染色體區(qū)域高度活躍。

NFP（nod factor perception）是屬于LYR 類的參與NFs 識別的受體，突變后將完全喪失對根瘤菌NFs 的響應(yīng)［10］。對其等位基因nfp-2 突變體研究表明，NFP 蛋白質(zhì)對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制具有敏感性，突變后影響其向質(zhì)膜的運輸。NFP 既參與侵染線的發(fā)育過程，也參與根瘤的整個形成過程［6］。NFP 胞外域的3 個LysM 結(jié)構(gòu)域在參與識別NFs 中具有重要作用。結(jié)構(gòu)域交換實驗表明，第2 個LysM2 結(jié)構(gòu)域?qū)τ诟鼍晒η秩疽埠苤匾?，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其中L154 對于侵染和結(jié)瘤都是必不可少的［27-28］。NFP胞外結(jié)構(gòu)域可以直接結(jié)合NFs，生化分析表明，純化的NFP L147D/L154D 突變體胞外域與Sm2011 產(chǎn)生的NFs 的解離常數(shù)為［Kd=（166.7±4.2） mmol/L］，比野生型［Kd=（12.7±0.1） mmol/L］低13 倍。并且與野生型NFP 相比，L147D/L154D 突變體結(jié)合NFs的速率快4.5 倍，解離速率增加59 倍，說明NFP 中的L147D/L154D 所在疏水區(qū)域是一種保守的結(jié)構(gòu)特征，對于參與NFs識別和共生信號傳導(dǎo)至關(guān)重要［16］。

在本氏煙草（Nicotiana benthamiana）中共同過表達(dá)LYK3 和NFP 會誘導(dǎo)超敏反應(yīng)（hypersensitiveresponse，HR），導(dǎo)致細(xì)胞死亡，但是具體機(jī)制尚不清楚［29］。LYK3 和NFP 都被證明定位在細(xì)胞膜上［15］。在蒺藜苜蓿中用綠色熒光蛋白（GFP）標(biāo)記LYK3，發(fā)現(xiàn)它在細(xì)胞外圍具有點狀分布，與質(zhì)膜或膜相關(guān)囊泡定位一致。在緩沖液處理的對照根中，LYK3-GFP 呈現(xiàn)動態(tài)斑點分布，但接種Sm2011 后，LYK3-GFP 斑點相對穩(wěn)定。肌動蛋白（actin）和脂筏蛋白（flotillin 4，F(xiàn)LOT4）構(gòu)成了一個特定納米域的主要核心。接受到根瘤菌誘導(dǎo)后，共生remorin 蛋白（symbiotic remorin 1，SYMREM1）作為一個次級骨架，需要FLOT4 的生理互作，才能招募LYK3 并將其穩(wěn)定地錨定在納米域中［30-31］。LYK3-GFP 的穩(wěn)定性增強(qiáng)依賴于根瘤菌及其特定類型結(jié)構(gòu)的NFs，使LYK3 從動態(tài)分布變?yōu)殪o態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)。盡管Sm2011 nodF/nodL 產(chǎn)生的非還原端修飾異常的NFs 仍可增加LYK3-GFP 的穩(wěn)定性，但NFs 結(jié)構(gòu)的N-乙酰葡糖胺骨架以及硫酸化修飾對于LYK3-GFP的穩(wěn)定性則是必需的。Sm2011 nodF/nodL 突變體接種A17 后僅能引起根毛卷曲以及侵染點形成，幾乎不能形成根瘤［22］。這表明共生根瘤菌能夠觸發(fā)蒺藜苜蓿中LYK3 的定位和運動性的改變，但對結(jié)瘤因子側(cè)鏈基團(tuán)的修飾需求較形成根瘤所需的要求低［32］。在蒺藜苜蓿根瘤內(nèi)部，NFP 和LYK3 定位于根瘤頂端約2 個細(xì)胞層的狹窄區(qū)域的細(xì)胞外圍。這種限制性的積累比啟動子活性或者mRNA 積累的區(qū)域更窄，并且可能有助于防止防御樣反應(yīng)的誘導(dǎo)和/或限制根瘤菌釋放到精確的細(xì)胞層［33］。

通過將光親和標(biāo)記實驗與蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)相結(jié)合，鑒定到LYR3 也可以作為NFs 結(jié)合蛋白定位在細(xì)胞質(zhì)膜上，且對NFs 表現(xiàn)出高親和力（Kd=25nmol/L）［12］。通常，LYK3 作為具有激酶活性的NFs受體會將無激酶活性的NFP 磷酸化并且形成二聚體傳遞共生信號。LYR3 作為無激酶活性的受體在酵母膜系統(tǒng)雙雜交實驗中可以檢測到與LYK3 的互作，放射性同位素實驗顯示LYK3 具有底物磷酸化能力，可以磷酸化LYR3。LYR3 與LYK3 和NFP 的共同過表達(dá)也能減弱后兩者過表達(dá)所誘導(dǎo)的煙草HR反應(yīng)。鑒于LYR3 對NFs 和菌根因子（Myc factors，MFs）具有相當(dāng)廣泛的結(jié)合特異性，MtLYR3 可能參與結(jié)瘤和菌根化過程中MtLYK3 的NFs 依賴性調(diào)節(jié)，需要進(jìn)一步對蒺藜苜蓿突變體植物進(jìn)行研究來驗證這種假設(shè)［34］。

蒺藜苜蓿中LYK10 是百脈根胞外多糖受體（exopolysaccharide receptor 3，EPR3）的直系同源基因，但是LYK10 并不直接參與感知Sm1021 產(chǎn)生的胞外多糖琥珀聚糖［12］。蒺藜苜蓿中LYK10 是否參與其他胞外多糖或者感知病原菌的胞外多糖從而介導(dǎo)免疫響應(yīng)還有待研究。LYK10 突變后會產(chǎn)生與LjEPR3 突變植株類似的早期表型，如在接種14 d 后成功入侵的根瘤原基及根瘤數(shù)目減少，接種后結(jié)瘤事件推遲［9，35］。lyk10 突變體產(chǎn)生的成熟根瘤大小顯著大于野生型，也說明LYK10 負(fù)調(diào)控蒺藜苜蓿根瘤的大?。?5］。

3 蒺藜苜蓿LysM 類受體激酶在AMS中的研究

陸地植物和叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizalfungi，AMF）自4 億年前就已經(jīng)共同進(jìn)化，叢枝菌根真菌能與大約70%～90% 的陸生植物建立良好的從枝菌根真菌共生（arbuscular mycorrhizal fungi symbiosis，AMS），在養(yǎng)分有限的情況下促進(jìn)礦物質(zhì)元素的吸收［8］。植物根部釋放的獨腳金內(nèi)酯可以誘導(dǎo)根際AMF 產(chǎn)生MFs 從而促進(jìn)孢子萌發(fā)和菌絲分支。MFs 的主要成分也包括LCO，其化學(xué)結(jié)構(gòu)似于根瘤菌產(chǎn)生的NFs，以及一些可能的LCO 前體殼寡糖四聚體（CO4）［36-38］，表明LysM 類受體激酶既能參與RNS，又能參與AMS。

蒺藜苜蓿對MFs 的識別部分依賴于NFP［36］，然而NFP 在蒺藜苜蓿的菌根定植過程中沒有明顯的作用。蒺藜苜蓿中結(jié)瘤的進(jìn)化出現(xiàn)與全基因組復(fù)制事件相關(guān)，該事件也伴隨了LysM 受體基因的復(fù)制，產(chǎn)生了一些密切相關(guān)的旁系同源基因，如NFP 和LYR1。NFP 在根瘤菌定植期間表達(dá)量增加，而LYR1 在菌根侵染時誘導(dǎo)表達(dá)［39］。這表明LYR1 可能在菌根信號傳導(dǎo)中發(fā)揮功能，并且這種功能早于RNS 的出現(xiàn)。使用與MFs 化學(xué)結(jié)構(gòu)最接近的LCOV（C18：1，NMe，35S）進(jìn)行體外結(jié)合實驗，結(jié)果顯示LYR1 具有與MFs 結(jié)合的能力，但是這種結(jié)合能力對于AMS 不是必須的。NFP 和LYR1 胞外域的3 個LysM 結(jié)構(gòu)域交換實驗以及LYR1 胞外域的點突變實驗表明，LYR1 與MFs 結(jié)合位點位于第2 個LysM，而NFP 在該位點的分化有利于結(jié)瘤能力的精細(xì)調(diào)控，但也減弱了與MFs 的結(jié)合能力［11］。LYR1 對LCO-V（C18：1，NMe，35S）的親和力為Kd=6.5 nmol/L，這與LYR3 對于NFs 的親和力在同一單位量級，比NFP 對NFs 的親和力高了3 個數(shù)量級［11］，并且LYR1 對MFs 的親和力比對NFs 的親和力至少高80 倍。

在自然環(huán)境中共生期間，蒺藜苜蓿進(jìn)化出多個具有高親和力的LCO 結(jié)合蛋白（例如LYR1 和LYR3）。這些LysM 類受體激酶對不同的共生信號具有不同的親和偏好性，可能是為了更好地區(qū)分不匹配的根瘤菌、AMF 或者其他產(chǎn)生LCO 的微生物。nfp 突變體沒有呈現(xiàn)明顯的AMS 表型［10］，可能是由于LYR1 和NFP 二者存在功能冗余。但是lyr1-1/nfp-2 雙突變體、單突變體以及野生型的蒺藜苜蓿接種AMF 后同樣沒有觀察到差異，這表明盡管在AMS 期間LYR1 受到誘導(dǎo)表達(dá)，但LYR1 對于AMS不是必需的。鑒于蒺藜苜蓿中還有更多LYR 的功能未被表征，這可能需要更復(fù)雜的多重突變體來探究參與AMF 共生識別的分子機(jī)制［11］。

蒺藜苜蓿中LYK9 是擬南芥AtCERK1 和水稻OsCERK1 的直系同源基因，在共生和免疫方面具有雙重功能［40-41］。通過不同時間點lyk9 突變株系的菌根表型評估結(jié)果顯示，突變株系的早期侵染事件顯著低于野生型。這表明LYK9 在AM 真菌根部侵染和定殖過程中發(fā)揮著顯著的作用［7］。lyk9 突變體中仍能檢測到AM 真菌共生，而LYK6、LYK7、LYK8和LYK10 的突變對AMF 總定植數(shù)和真菌侵染沒有影響，這可能由于這些LysM 受體激酶與LYK9 對于AMS 具有冗余功能。

當(dāng)接種低濃度孢子時，lyk8-1/lyk9-1 突變體的根表現(xiàn)出叢枝、細(xì)胞間菌絲和囊泡的完全喪失，而lyk6/lyk9、lyk7/lyk9 和lyk10/lyk9 突變體中出現(xiàn)的侵染事件與單獨lyk9 突變體中的結(jié)果沒有顯著差異。lyk8/lyk9 突變體中CO 和AMF 誘導(dǎo)的共生基因表達(dá)以及鈣離子震蕩等信號完全中斷。幾丁質(zhì)磁柱結(jié)合實驗顯示LYK8 具有非常弱的結(jié)合幾丁質(zhì)磁柱的能力，雖然LYK8 可以參與CO 介導(dǎo)的共生信號傳導(dǎo)，但是LYK8 并不直接參與CO 所誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)。并且LYK8 可以與LYK9、LYR4 和共生受體激酶（symbiosis receptor-like kinase，SYMRK）以依賴CO4 和CO8 的方式形成復(fù)合物，進(jìn)而激活A(yù)M 真菌共生信號［35］。這也證明LYK9-LYK8-SYMRKLYR4受體復(fù)合物可能在介導(dǎo)CO 觸發(fā)的共生信號傳導(dǎo)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。LysM 受體激酶家族的研究擴(kuò)展了我們對AMS 分子機(jī)制的理解，特別是最近新發(fā)現(xiàn)的LYK8 與LYK9 的協(xié)同作用，為植物如何識別AMF 參與共生這一重要問題提供了重要理論基礎(chǔ)，也對解析和利用AMS 以促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

4 蒺藜苜蓿LysM 類受體激酶在免疫感知中的作用研究

植物作為固著生長的生物，在土壤中定植時需要面臨自然界中復(fù)雜的微生物生境。這些微生物群落關(guān)系錯綜復(fù)雜，其中有些是有益的，也有一部分微生物是有害的［42］。LysM 受體激酶被鑒定為病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）的受體，可觸發(fā)植物防御反應(yīng)以阻止或限制有害微生物入侵，這一過程稱為“PAMP 觸發(fā)免疫”（PAMP-triggered immunity，PTI）［43-44］。在水稻和擬南芥中，OsCEBiP 和LysM 受體激酶OsCERK1、AtCERK1 和AtLYK5 參與真菌細(xì)胞壁主要組成成分幾丁質(zhì)的感知［45-47］。同時，擬南芥LYM1 和LYM3 被證明可以結(jié)合并參與對病原菌產(chǎn)生PGN 的抗性，與AtCERK1 一起在感知細(xì)菌肽聚糖的受體復(fù)合物中發(fā)揮作用［47］。蒺藜苜蓿中LYM1和LYM2 的功能還有待研究，但也有未發(fā)表數(shù)據(jù)顯示LYM1 在參與蒺藜苜蓿免疫響應(yīng)中起到重要作用。

對蒺藜苜蓿等47 種代表性植物的LysM 類受體激酶家族的系統(tǒng)發(fā)育分析表明，LYK9 與AtCERK1、OsCERK1、LjLYS6 屬于直系同源［48］。在煙草中過表達(dá)LYK9 和擬南芥CERK1 都會誘導(dǎo)其產(chǎn)生HR 反應(yīng)［29］。lyk9 突變體中幾丁質(zhì)誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)顯著下調(diào)，但是被flg22 誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)與野生型的反應(yīng)相當(dāng)，這說明LYK9 能夠特異性參與幾丁質(zhì)誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)［47］。蒺藜苜蓿LYR4 基因是已知在擬南芥中感知幾丁質(zhì)的AtLYK5 的同源基因［47］，幾丁質(zhì)處理可以增加根中LYR4 的表達(dá)。并且，用CO8 處理后可以在lyr4 突變體中觀察到相對于野生型的MAPK3/6 的磷酸化減少［48］。lyr4 和lyk9 突變體接種灰霉病菌后產(chǎn)生的病斑大小顯著大于野生型產(chǎn)生的病斑大小，這說明LYR4 和LYK9 都參與了蒺藜苜蓿中的防御反應(yīng)。

研究表明，nfp 突變體在與多種病原體的相互作用中呈現(xiàn)抗性降低的特征。當(dāng)侵染病原真菌Verti?cillium alboatrum 后，nfp 突變體相比野生型表現(xiàn)出嚴(yán)重的感病表型，表明其免疫系統(tǒng)遭到損壞［49-50］。此外，NFP 還參與了對苜蓿炭疽菌（Colletotrichum tri?folii）和卵菌豌豆根腐霉（Aphanomyces euteiches）等病原體的免疫響應(yīng)。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，nfp 突變體與野生型蒺藜苜蓿在應(yīng)對Aphanomyces euteiches 侵染時存在約70% 的基因共同上調(diào)表達(dá)，特有的轉(zhuǎn)錄組差異主要涉及細(xì)胞動力學(xué)過程的調(diào)節(jié)。NFP 除了在RNS 中發(fā)揮重要作用外，還在AMS 和病原體免疫反應(yīng)中發(fā)揮作用，因此推測NFP 可能參與不同蛋白質(zhì)復(fù)合物的形成，從而導(dǎo)致不同的免疫反應(yīng)［51］?？傊?，NFP 不僅通過直接感知病原體觸發(fā)免疫反應(yīng)，還可以通過調(diào)節(jié)蒺藜苜蓿對病原體的轉(zhuǎn)錄響應(yīng)，影響蒺藜苜蓿對病原體的抵抗能力。

5 結(jié)語與展望

近二十多年對LysM 類受體激酶家族的研究表明，免疫與共生在進(jìn)化上有著密切聯(lián)系。植物通過識別“朋友”和“敵人”產(chǎn)生的化學(xué)信號分子，如LCO/CO 信號等，來區(qū)分共生微生物和病原體。LysM 類受體激酶在這一過程中發(fā)揮著重要作用，其特異性結(jié)合不同結(jié)構(gòu)糖化合物的能力不僅影響植物對共生微生物的感知，還參與了對免疫系統(tǒng)的調(diào)控。豆科植物中LysM-RLK 家族數(shù)量的擴(kuò)張凸顯了這些受體在適應(yīng)性進(jìn)化中的重要性，使得植物能在復(fù)雜的根際微生物環(huán)境中更精確地區(qū)分免疫與共生信號通路。

免疫與共生之間的互動呈現(xiàn)出相輔相成的關(guān)系。共生微生物對宿主免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抑制作用。例如，用SmLCO 預(yù)處理后，蒺藜苜蓿以依賴LYK9和LYR4 的方式減弱被幾丁質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生的免疫反應(yīng)，并且同時施加SmLCO 和幾丁質(zhì)能夠比單獨施用SmLCO 顯著提高共生相關(guān)基因MtHA、MtVa?pyrin 的表達(dá)［52］。這種對免疫激發(fā)子的抑制不僅僅局限于幾丁質(zhì)，也會減弱對flg22 誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)［53］。宿主免疫系統(tǒng)的激活有助于共生特異性，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了免疫與共生之間的復(fù)雜互動關(guān)系。

未來的研究可以重點關(guān)注蒺藜苜蓿中LysM 類受體激酶及其下游成分在調(diào)節(jié)植物免疫和共生中的功能多樣性及可能的功能分化現(xiàn)象。特別是，LysM受體在識別或結(jié)合其他小分子配體以及受體在多重信號感知中的作用仍有待進(jìn)一步探索。深入研究LysM 類受體激酶家族的復(fù)雜工作機(jī)制，對于揭示植物受體復(fù)合物的組成和機(jī)制至關(guān)重要。通過在根瘤菌和菌根共生中的深入研究，我們可以更全面地了解LysM 類受體激酶的功能和機(jī)制，為未來植物免疫和共生研究奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn) References

［1］ NGOU B P M，WYLER M，SCHMID M W，et al.Evolutionary

trajectory of pattern recognition receptors in plants［J/OL］.

Nature communications，2024，15（1）：308［2024-05-07］.

https：//doi.org/10.1038/s41467-023-44408-3.

［2］ RUMAN H，KAWAHARADA Y.A new classification of lysin

motif receptor-like kinases in Lotus japonicus［J］.Plant amp;

cell physiology，2023，64（2）：176-190.

［3］ BUENDIA L，GIRARDIN A，WANG T M，et al.LysM receptor-

like kinase and LysM receptor-like protein families：an

update on phylogeny and functional characterization［J/OL］.

Frontiers in plant science，2018，9：1531 ［2024-05-07］.

https：//doi.org/10.3389/fpls.2018.01531.

［4］ LIMPENS E，F(xiàn)RANKEN C，SMIT P，et al.LysM domain receptor

kinases regulating rhizobial nod factor-induced infection

［J］.Science，2003，302（5645）：630-633.

［5］ LI Y H， ZHAO Y W， YAN Z， et al. Nodulation trio in Medica?

go truncatula：unveiling the overlapping roles of MtLYK2， Mt?

LYK3，and MtLYK2bis［J/OL］.Journal of integrative plant biology，

2024［2024-05-07］.https：//doi.org/10.1111/jipb.13718.

［6］ LUU T B，OURTH A，POUZET C，et al.A newly evolved

chimeric lysin motif receptor-like kinase in Medicago truncatu?

la spp.tricycla R108 extends its Rhizobia symbiotic partnership

［J］.New phytologist，2022，235（5）：1995-2007.

［7］ GIBELIN-VIALA C，AMBLARD E，PUECH-PAGES V，

et al. The Medicago truncatula LysM receptor-like kinase

LYK9 plays a dual role in immunity and the arbuscular mycorrhizal

symbiosis［J］. New phytologist，2019，223（3）：1516-

1529.

［8］ ZHANG C X，LI R J，BAUDE L，et al.CRISPR/Cas9-mediated

generation of mutant lines in Medicago truncatula indicates

a symbiotic role of MtLYK10 during nodule formation［J/

OL］.Biology，2024，13（1）：53［2024-05-07］.https：//doi.org/

10.3390/biology13010053.

［9］ MAILLET F，F(xiàn)OURNIER J，MENDIS H C，et al.Sinorhizo?

bium meliloti succinylated high-molecular-weight succinoglycan

and the Medicago truncatula LysM receptor-like kinase

MtLYK10 participate independently in symbiotic infection［J］.

The plant journal，2020，102（2）：311-326.

［10］ BEN AMOR B，SHAW S L，OLDROYD G E D，et al.The

NFP locus of Medicago truncatula controls an early step of

Nod factor signal transduction upstream of a rapid calcium flux

and root hair deformation［J］.The plant journal，2003，34（4）：

495-506.

［11］ CULLIMORE J，F(xiàn)LIEGMANN J，GASCIOLLI V，et al.

Evolution of lipochitooligosaccharide binding to a LysM-RLK

for nodulation in Medicago truncatula［J］.Plant amp; cell physiology，

2023，64（7）：746-757.

［12］ FLIEGMANN J，CANOVA S，LACHAUD C，et al. Lipochitooligosaccharidic

symbiotic signals are recognized by

LysM receptor-like kinase LYR3 in the legume Medicago

truncatula［J］.ACS chemical biology，2013，8（9）：1900-1906.

［13］ BOZSOKI Z，CHENG J，F(xiàn)ENG F，et al. Receptor-mediated

chitin perception in legume roots is functionally separable from

Nod factor perception［J］. PNAS，2017，114（38）：E8118-

E8127.

［14］ MADSEN E B，ANTOLíN-LLOVERA M，GROSSMANN

C，et al. Autophosphorylation is essential for the in vivo function

of the Lotus japonicus Nod factor receptor 1 and receptormediated

signalling in cooperation with Nod factor receptor 5

［J］.The plant journal，2011，65（3）：404-417.

［15］ ARRIGHI J F，BARRE A，BEN AMOR B，et al.The Medi?

cago truncatula lysin［corrected］motif-receptor-like kinase

gene family includes NFP and new nodule-expressed genes

［J］.Plant physiology，2006，142（1）：265-279.

［16］ WILLMANN R，LAJUNEN H M，ERBS G，et al.Arabidop?

sis lysin-motif proteins LYM1 LYM3 CERK1 mediate bacterial

peptidoglycan sensing and immunity to bacterial infection

［J］.PNAS，2011，108（49）：19824-19829.

［17］ GYSEL K，LAURSEN M，THYGESEN M B，et al.Kinetic

proofreading of lipochitooligosaccharides determines signal activation

of symbiotic plant receptors［J/OL］.PNAS，2021，118

（44）：e2111031118［2024-05-07］. https：//doi. org/10.1073/

pnas.2111031118.

［18］ LEFEBVRE B，KLAUS-HEISEN D，PIETRASZEWSKABOGIEL

A，et al.Role of N-glycosylation sites and CXC motifs

in trafficking of Medicago truncatula Nod factor perception

protein to plasma membrane［J］. Journal of biological chemistry，

2012，287（14）：10812-10823.

［19］ ZENG L R，VELáSQUEZ A C，MUNKVOLD K R，et al.A

tomato LysM receptor-like kinase promotes immunity and its

kinase activity is inhibited by AvrPtoB［J］.The plant journal，

2012，69（1）：92-103.

［20］ CATOIRA R，TIMMERS A C，MAILLET F，et al. The

HCL gene of Medicago truncatula controls Rhizobium-induced

root hair curling［J］.Development，2001，128（9）：1507-

1518.

［21］ MITRA R M，SHAW S L，LONG S R. Six nonnodulating

plant mutants defective for Nod factor-induced transcriptional

changes associated with the legume-rhizobia symbiosis［J］.

PNAS，2004，101（27）：10217-10222.

［22］ ARDOUREL M，DEMONT N，DEBELLé F，et al.Rhizobi?

um meliloti lipooligosaccharide nodulation factors：different

structural requirements for bacterial entry into target root hair

cells and induction of plant symbiotic developmental responses

［J］.The plant cell，1994，6（10）：1357-1374.

［23］ SMIT P，LIMPENS E，GEURTS R，et al.Medicago LYK3，

an entry receptor in rhizobial nodulation factor signaling［J］.

Plant physiology，2007，145（1）：183-191.

［24］ RADUTOIU S，MADSEN L H，MADSEN E B，et al.LysM

domains mediate lipochitin-oligosaccharide recognition and

Nfr genes extend the symbiotic host range［J］. The EMBO

journal，2007，26（17）：3923-3935.

［25］ BOZSOKI Z，GYSEL K，HANSEN S B，et al.Ligand-recognizing

motifs in plant LysM receptors are major determinants

of specificity［J］.Science，2020，369（6504）：663-670.

［26］ LUU T B，CARLES N，BOUZOU L，et al.Analysis of the structure

and function of the LYK cluster of Medicago truncatula

A17 and R108［J/OL］. Plant science，2023，332：111696［2024-

05-07］.https：//doi.org/10.1016/j.plantsci.2023.111696.

［27］ BENSMIHEN S，DE BILLY F，GOUGH C.Contribution of

NFP LysM domains to the recognition of nod factors during

the Medicago truncatula/Sinorhizobium meliloti symbiosis［J/

OL］.PLoS One，2011，6（11）：e26114［2024-05-07］. https：//

doi.org/10.1371/journal.pone.0026114.

［28］ RIVAL P，DE BILLY F，BONO J J，et al.Epidermal and cortical

roles of NFP and DMI3 in coordinating early steps of nodulation

in Medicago truncatula［J］. Development，2012，139

（18）：3383-3391.

［29］ PIETRASZEWSKA-BOGIEL A，LEFEBVRE B，KOINI

M A，et al.Interaction of Medicago truncatula lysin motif receptor-

like kinases，NFP and LYK3，produced in Nicotiana

benthamiana induces defence-like responses［J/OL］. PLoS

One，2013，8（6）：e65055［2024-05-07］. https：//doi. org/

10.1371/journal.pone.0065055.

［30］ LEFEBVRE B，TIMMERS T，MBENGUE M，et al.A remorin

protein interacts with symbiotic receptors and regulates bacterial

infection［J］.PNAS，2010，107（5）：2343-2348.

［31］ LIANG P B，STRATIL T F，POPP C，et al.Symbiotic root

infections in Medicago truncatula require remorin-mediated receptor

stabilization in membrane nanodomains［J］. PNAS，

2018，115（20）：5289-5294.

［32］ HANEY C H，RIELY B K，TRICOLI D M，et al.Symbiotic

rhizobia bacteria trigger a change in localization and dynamics

of the Medicago truncatula receptor kinase LYK3［J］. The

plant cell，2011，23（7）：2774-2787.

［33］ MOLING S，PIETRASZEWSKA-BOGIEL A，POSTMA

M，et al.Nod factor receptors form heteromeric complexes and

are essential for intracellular infection in medicago nodules［J］.

The plant cell，2014，26（10）：4188-4199.

［34］ FLIEGMANN J，JAUNEAU A，PICHEREAUX C，et al.

LYR3，a high-affinity LCO-binding protein of Medicago trun?

catula，interacts with LYK3，a key symbiotic receptor［J］.

FEBS letters，2016，590（10）：1477-1487.

［35］ ZHANG J Y，SUN J，CHIU C H，et al.A receptor required for

chitin perception facilitates arbuscular mycorrhizal associations

and distinguishes root symbiosis from immunity［J］.Current biology，

2024，34（8）：1705-1717.

［36］ MAILLET F，POINSOT V，ANDRé O，et al.Fungal lipochitooligosaccharide

symbiotic signals in arbuscular mycorrhiza

［J］.Nature，2011，469（7328）：58-63.

［37］ OLDROYD G E D. Speak，friend，and enter：signalling systems

that promote beneficial symbiotic associations in plants

［J］.Nature reviews，2013，11（4）：252-263.

［38］ GENRE A，CHABAUD M，BALZERGUE C，et al. Shortchain

chitin oligomers from arbuscular mycorrhizal fungi trigger

nuclear Ca2+ spiking in Medicago truncatula roots and

their production is enhanced by strigolactone［J］.New phytologist，

2013，198（1）：190-202.

［39］ YOUNG N D，DEBELLé F，OLDROYD G E D，et al.The

Medicago genome provides insight into the evolution of rhizobial

symbioses［J］.Nature，2011，480（7378）：520-524.

［40］ ZHANG X W，DONG W T，SUN J，et al.The receptor kinase

CERK1 has dual functions in symbiosis and immunity signalling

［J］.The plant journal，2015，81（2）：258-267.

［41］ CAROTENUTO G，CHABAUD M，MIYATA K，et al.The

rice LysM receptor-like kinase OsCERK1 is required for the

perception of short-chain chitin oligomers in arbuscular mycorrhizal

signaling［J］.New phytologist，2017，214（4）：1440-1446.

［42］ HARMAN G，KHADKA R，DONI F，et al.Benefits to plant

health and productivity from enhancing plant microbial symbionts

［J/OL］. Frontiers in plant science，2021，11：610065

［2024-05-07］. https：//doi.org/10.3389/fpls.2020.610065.

［43］ JONES J D G，DANGL J L.The plant immune system［J］.Nature，

2006，444（7117）：323-329.

［44］ JONES J D G，STASKAWICZ B J，DANGL J L.The plant

immune system：from discovery to deployment［J］.Cell，2024，

187（9）：2095-2116.

［45］ SHIMIZU T，NAKANO T，TAKAMIZAWA D，et al.Two

LysM receptor molecules，CEBiP and OsCERK1，cooperatively

regulate chitin elicitor signaling in rice［J］.The plant journal，

2010，64（2）：204-214.

［46］ WAN J R，ZHANG X C，NEECE D，et al.A LysM receptorlike

kinase plays a critical role in chitin signaling and fungal resistance

in Arabidopsis［J］. The plant cell，2008，20（2）：

471-481.

［47］ CAO Y R，LIANG Y，TANAKA K，et al.The kinase LYK5 is a

major chitin receptor in Arabidopsis and forms a chitin-induced

complex with related kinase CERK1［J/OL］. eLife，2014，3：

e03766［2024-05-07］.https：//doi.org/10.7554/eLife.03766.

［48］ RUTTEN L，MIYATA K，ROSWANJAYA Y P，et al.Duplication

of symbiotic lysin motif receptors predates the evolution

of nitrogen-fixing nodule symbiosis［J］.Plant physiology，

2020，184（2）：1004-1023.

［49］ REY T，NARS A，BONHOMME M，et al.NFP，a LysM protein

controlling Nod factor perception，also intervenes in Medi?

cago truncatula resistance to pathogens［J］.New phytologist，

2013，198（3）：875-886.

［50］ BEN C，TOUENI M，MONTANARI S，et al.Natural diversity

in the model legume Medicago truncatula allows identifying

distinct genetic mechanisms conferring partial resistance to

Verticillium wilt［J］.Journal of experimental botany，2013，64

（1）：317-332.

［51］ GOUGH C，JACQUET C.Nod factor perception protein carries

weight in biotic interactions［J］. Trends in plant science，

2013，18（10）：566-574.

［52］ FENG F，SUN J，RADHAKRISHNAN G V，et al.A combination

of chitooligosaccharide and lipochitooligosaccharide recognition

promotes arbuscular mycorrhizal associations in Medica?

go truncatula［J/OL］. Nature communications，2019，10（1）：

5047 ［2024-05-07］. https：//doi. org/10.1038/s41467-019-

12999-5.

［53］ LIANG Y，CAO Y R，TANAKA K，et al. Nonlegumes respond

to rhizobial Nod factors by suppressing the innate immune

response［J］.Science，2013，341（6152）：1384-1387.

（責(zé)任編輯：葛曉霞）