南京大學王斌課題組發現水稻調控叢枝菌根共生核心結構——叢枝發育的關鍵激酶OsADK1.

叢枝菌根（Arbuscular Mycorrhiza, AM） 是一類起源古老併發生在絕大多數陸地植物根部與球囊菌門真菌之間的互利共生關係。在該共生關係中，真菌的菌絲能夠進入植物根部的內部皮層細胞 （inner cortical cells） ，依次通過形成主幹 （trunk） 、初級分支 （basal branch） 、細小分支 （fine branch） 等階段最終發育成AM共生的核心結構——叢枝 （arbuscules） 。在形成叢枝的細胞中，植物與真菌可以通過共生界面高效進行營養交換。因此，尋找調控叢枝發育的關鍵基因，對深入瞭解AM共生調控機制至關重要。

2022年2月8日，南京大學醫藥生物技術國家重點實驗室 / 生命科學學院王斌教授課題組在New Phytologist在線發表了題爲OsADK1, a novel kinase regulating arbuscular mycorrhizal symbiosis in rice的研究論文，首次在水稻中發現了一個關鍵蛋白激酶OsADK1，其在調控叢枝發育的過程中起到了不可或缺的作用。

演化分析表明，ADK基因家族早在陸地植物的祖先中已經起源，並在衆多能夠形成菌根共生的物種中呈保守演化模式。在水稻AM共生過程中，OsADK1在形成叢枝的細胞中特異誘導表達。通過CRISPR/Cas9技術得到敲除該基因的突變體。與野生型相比，Osadk1突變體的定植率顯著降低，只有3%左右。更爲重要的是，在突變體根中觀察不到充滿整個細胞的正常叢枝，真菌菌絲進入皮層細胞後叢枝發育停留在trunk階段，沒有繼續分化，暗示植物調控真菌叢枝的發育過程在早期階段就被終止。

該研究進一步對接種6周後的野生型、Osadk1突變體以及與野生型一同種植的突變體進行轉錄組測序。結果在突變體中鑑定出656個顯著下調錶達基因，絕大多數這些基因的功能尚未被研究過。只有47個爲之前已經報道的AM共生相關基因，包括已知調控AM共生的關鍵轉錄因子與激酶如RAM1, WRI5a, WRI5b, RAD1, AM18, Kin5 and ARK1等等，這表明OsADK1在調控AM共生的信號通路中很可能位於這些已知因子的上游，其具體分子調控機制值得進一步探究。

綜上所述，該研究在水稻中發現了一個新的調控叢枝發育的關鍵激酶，從而揭開了植物調控叢枝菌根共生信號網絡的新的一角。

南京大學醫藥生物技術國家重點實驗室 （生命科學學院）王斌教授爲該論文的通訊作者，博士生郭睿爲該論文的第一作者。該研究得到了國家自然科學基金的資助。

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https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.17979