LjBAK1相关E3泛素连接酶LjPUB7通过靶向降解NFRs负调控豆科植物早期共生

本研究针对豆科植物共生信号中Nod因子受体(NFRs)的精准调控机制，通过发现LjBAK1介导的E3泛素连接酶LjPUB7能够特异性泛素化修饰NFR1和NFR5并促进其降解，从而揭示了一种负调控根瘤菌早期侵染的新机制。突变体实验表明LjPUB7缺失可显著提高侵染线形成和结瘤效率，为解析共生与免疫平衡提供了重要理论依据。

　　

在豆科植物与根瘤菌的共生关系中，Nod因子受体(Nod Factor Receptors, NFRs)扮演着守门人的关键角色。它们识别根瘤菌分泌的脂壳寡糖信号分子——Nod因子(Nod Factor, NF)，启动共生信号通路，引导根瘤菌侵染和根瘤器官形成。然而，这种精密的关系需要精准的调控：过量表达的NFRs不仅会诱发自发结瘤，还会在非宿主植物中引发免疫反应和细胞死亡，这表明NFRs可能具备激活防御反应的潜力。如何平衡共生信号与免疫反应，防止过度激活带来的生长代价，成为研究者需要解决的重要问题。

此前的研究表明，拟南芥中FLS2等模式识别受体(Pattern-Recognition Receptors, PRRs)的稳定性受到E3泛素连接酶和共受体BAK1的精密调控，以避免持续免疫激活。那么，在豆科植物中，是否存在类似的机制来调控NFRs的蛋白水平？Lotus japonicus（日本百脉根）作为典型的模式豆科植物，为解析这一机制提供了理想体系。

本研究发表于《BMC Plant Biology》，由Feng等人完成，他们发现共受体LjBAK1能特异性抑制由LjNFR1和LjNFR5共表达引起的细胞死亡，并进一步鉴定出植物U-box类型E3泛素连接酶LjPUB7作为关键调控因子。该酶直接与LjNFR1和LjNFR5互作，介导其泛素化修饰和降解，从而负调控早期共生过程。这一发现不仅深化了我们对共生信号动态平衡的理解，也为作物共生固氮能力的遗传改良提供了新的分子靶点。

研究人员主要应用了以下关键技术：通过本氏烟瞬时表达系统观察细胞死亡表型；酵母双杂交和双分子荧光互补(BiFC)验证蛋白互作；体外泛素化实验验证LjPUB7酶活性和底物特异性；CRISPR-Cas9基因编辑构建Ljpub7突变体；根瘤菌接种与侵染线观察分析共生表型；qRT-PCR检测基因表达变化。

LjBAK1特异性抑制LjNFR1/LjNFR5共表达诱导的细胞死亡

研究人员首先在本氏烟叶片中共表达LjNFR1和LjNFR5，发现可诱发明显的细胞死亡，而共表达LjBAK1则能显著抑制该现象。值得注意的是，LjBAK1并不能抑制由拟南芥几丁质受体AtCERK1过表达引起的细胞死亡，说明其作用具有特异性。进一步实验显示，LjBAK1共表达可降低LjNFR1和LjNFR5的蛋白水平，且蛋白酶体抑制剂MG132能逆转这一效应，表明LjBAK1通过泛素-蛋白酶体途径促进NFRs降解。

鉴定LjPUB7为与NFR1互作的E3泛素连接酶

通过酵母双杂交筛选，研究团队从百脉根根cDNA文库中鉴定出LjPUB7，它是一个含有U-box和ARMADILLO (ARM)结构域的E3泛素连接酶。系统进化分析显示，LjPUB7与蒺藜苜蓿中的MtPUB1亲缘关系最近。表达模式分析发现，LjPUB7在根中高表达，且在根瘤菌接种早期（1-3 dpi）显著上调，暗示其参与早期共生调控。

LjPUB7与NFR1和NFR5互作并介导其泛素化

酵母双杂交和BiFC实验证实，LjPUB7通过其ARM结构域与LjNFR1和LjNFR5的激酶结构域发生互作。体外泛素化实验进一步证明，LjPUB7具有E3连接酶活性，并能直接介导LjNFR1和LjNFR5的多聚泛素化修饰。

LjPUB7负调控根瘤菌早期侵染和结瘤

通过CRISPR-Cas9技术构建的Ljpub7突变体在接种根瘤菌后表现出侵染点(Infection Points, IPs)和侵染线(Infection Threads, ITs)数量显著增加，早期结瘤基因（如NIN、ENod40-1和ENod40-2）表达上调，说明LjPUB7缺失增强了早期共生信号。表型分析表明，Ljpub7突变体在接种7天后结瘤数量和密度显著高于野生型，证实LjPUB7对早期共生过程起负调控作用。

本研究揭示了一条由LjBAK1-LjPUB7介导的NFRs蛋白降解通路，该通路通过泛素化修饰精确控制NFR1和NFR5的蛋白稳定性，从而防止共生信号过度激活和不必要的免疫反应。LjPUB7的功能不同于此前报道的正调控因子LjPUB13，说明植物采用多种E3连接酶以复杂方式微调共生信号。该发现不仅为豆科植物共生信号网络提供了新见解，也为未来通过遗传操作改良作物-微生物共生效率提供了潜在靶点。进一步研究可聚焦于LjPUB7在共生与免疫交叉对话中的具体作用机制，以及其在不同环境条件下的动态调控规律。