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本文聚焦白羽扇豆（Lupinus albus）中LalbCCR1基因，其编码的富亮氨酸重复类受体激酶（LRR-RLK）通过 NIN/LBD16-NFYA 模块，负调控簇生根（CR）和根瘤发育，揭示了系统信号调控根器官发生的新机制 ——Autoregulation of Cluster Root and Nodule Development（AoDev）。
植物根系发育受系统信号通路精密调控以优化养分获取。在豆科植物中，结瘤自调节（Autoregulation of Nodulation, AoN）通路系统控制根瘤增殖，而根瘤是高耗能器官。影响 AoN 通路的突变会导致超结瘤表型，并伴随根系发育改变，但这种根系发育的改变是否具有系统性并与结瘤协同尚不清楚。
本研究在白羽扇豆（Lupinus albus）中鉴定出组成型簇生根 1（constitutive cluster root 1, ccr1）突变体，该突变体在正常条件下持续产生过量簇生根（Cluster Root, CR）。研究发现，CCR1 是 AoN 通路关键调控因子 HAR1/SUNN/NARK 同源的富亮氨酸重复类受体激酶（Leucine-Rich Repeat Receptor-Like Kinase, LRR-RLK），负调控根瘤和簇生根发育。通过白羽扇豆与无法产生簇生根的窄叶羽扇豆（Lupinus angustifolius）间的种间嫁接实验表明，ccr1 地上部分可诱导窄叶羽扇豆砧木形成簇状根，揭示了 CCR1 依赖的信号级联的保守性。
转录组分析显示，CCR1 靶向保守的 NIN/LBD16-NFYA 调控模块，该模块通过共享的抑制性系统通路连接根瘤和侧根发育。研究提出，这一通路代表了根系器官发生的更广泛发育控制机制，称为簇生根和根瘤发育的自调节（Autoregulation of Cluster Root and Nodule Development, AoDev）。
进一步研究发现，在缺磷（-P）条件下，白羽扇豆在根系上部产生大量簇生根，而富磷（+P）条件抑制其发育。通过筛选 800 个 M2 批次的甲基磺酸乙酯（EMS）诱变群体，鉴定出四个独立的隐性突变体（ems5、ems96、ems120 和 ems413）。这些突变体的簇生根数量是野生型的 2-5 倍，且侧根和主根较短，干重略减少，但侧根总数增加。突变体的簇生根具有高密度的根毛，生理活性完全，分泌大量质子、磷酸酶和还原酶活性。
通过群体分离分析结合测序定位（BSA-seq），在四个等位基因突变体中发现致病单核苷酸多态性（SNP）位于LalbCCR1基因（Lalb_Chr03g0025491）。该基因编码 LRR-RLK 家族 XI-1 的假定蛋白激酶，具有典型的 3D 结构。不同等位基因携带不同突变，如 ccr1-2 在 LRR 结构域有提前终止密码子，ccr1-1 和 ccr1-3 在激酶结构域有 G700E 替换，ccr1-4 在激酶结构域有 H813Y 改变。系统发育分析表明，LalbCCR1 与 GmNARK、LjHAR1、MtSUNN 聚类，是 AtCVL1 的近缘 LRR-RLK/XI 同源物，且与这三个豆科 LRR-RLK 基因存在共线性。
嫁接实验证实，ccr1 地上部分可促进野生型根系超结瘤，表明结瘤表型的系统性。在富磷条件下，ccr1 地上部分嫁接到野生型砧木可诱导簇生根发育，而野生型地上部分嫁接到 ccr1 砧木则抑制簇生根，进一步证明簇生根发育受系统信号调控。种间嫁接实验显示，ccr1 突变体地上部分可诱导窄叶羽扇豆砧木形成簇状短侧根，且抑制强度与功能性 CCR1 同源物数量相关，表明白羽扇豆中 CCR1-like 同源物突变失活，而窄叶羽扇豆可能有两个功能性 CCR1 抑制簇生根形成。
转录组分析揭示，簇生根发育早期差异表达基因富集于细胞分裂、细胞周期、生长素响应和根发育等过程。上调的转录因子包括 AP2/EREB、LOB 结构域、ARF、GRAS 等家族成员，如 LBD16、WOX5、PUCHI 等，其表达模式与拟南芥侧根发育动态一致，表明确生根毛与侧根发育过程相似。在 ccr1 突变体中，NIN、NF-YA、LBD16 等基因上调，且通过嫁接实验证实其系统调控性，而早期结瘤基因无显著变化，表明 CCR1 特异性抑制结瘤的发育阶段而非共生信号。
对 CLE 前肽基因家族的分析表明，ccr1 突变体中上调的 CLE 基因多属于 VII 组，其中 Lalb_Chr01g0006711 和 Lalb_Chr19g0133921 在簇生根发育和富磷条件下也上调，可能作为 AoDev 的根 - shoot 信号负调控簇生根发育，且与菌根共生调控基因进化相关。
综上，本研究鉴定出 LalbCCR1 通过系统信号通路 AoDev 调控簇生根和根瘤发育，靶向 NIN/LBD16-NFYA 模块，揭示了单一 LRR-RLK 协调根器官发生的机制，为理解植物系统信号调控根系发育提供了新框架。
