植物溶菌酶基序受体样激酶在菌根共生中的古老功能解析

这篇研究揭示了溶菌酶基序受体样激酶（LysM-RLK）在非维管植物地钱（Marchantia paleacea）中调控丛枝菌根（AM）共生的古老机制。通过基因编辑和功能分析，发现单一LYK-I亚家族成员MpaLYKa对AM形成至关重要，而LYR受体MpaLYR虽介导几丁质（COs）和脂几丁质寡糖（LCOs）感知，却非共生必需。该研究为理解植物-真菌共生起源提供了关键进化视角，并暗示存在未被发现的共生信号分子。

　　

M. paleacea具有有限的LysM-RLK数量
系统发育分析显示，LysM-RLK起源于链型植物绿藻，在植物登陆后发生多样化。现存地钱仅含4个LysM-RLK基因，包括3个具有活性激酶域的LYK（MpaLYKa/b/c）和1个激酶域缺失的LYR（MpaLYR）。MpaLYKa属于LYK-I亚家族，与拟南芥免疫相关几丁质受体CERK1和百脉根结瘤因子受体NFR1同源，而MpaLYR则代表整个LYR亚家族的原始形态。这种简化的受体体系为研究共生信号感知提供了理想模型。

单LYK基因突变导致共生缺陷
通过CRISPR/Cas9技术构建的MpaLYKa功能缺失突变体完全丧失AM形成能力，接种6周后未见菌丝或丛枝结构，且延长培养至10周或与野生型"护士植物"共培养均无法恢复共生。相反，MpaLYKb和MpaLYKc突变体表现与野生型相当的菌根定殖水平。定量分析显示，lyka突变体的排斥区长度显著增加，而lykb/lykc则无变化。这一结果首次在非维管植物中证实LYK-I亚家族对AM共生的绝对必要性。

LYR基因在AM中的非必需性
尽管MpaLYR是地钱中唯一的LYR亚家族成员，其突变体仍能正常形成AM。组织学观察显示lyr突变体中丛枝结构完整，定量数据表明其排斥区长度与对照无显著差异。这与被子植物中LYR基因功能分化的现象形成对比，暗示在早期陆地植物中LYR可能主要参与信号感知而非共生建立。

MpaLYR作为CO/LCO受体的生化特性
通过烟草瞬时表达系统证实，MpaLYR能以纳摩尔级亲和力结合短链（CO5）和长链（CO7）几丁质寡糖，且该结合可被未标记的CO4、CO7和岩藻糖基化LCOs（Fuc/MeFuc-LCOs）竞争性抑制，而细菌肽聚糖或壳聚糖片段无此效应。值得注意的是，尽管MpaLYKa在结合实验中未显示直接配体结合能力，但其与MpaLYR的互作可能形成功能性受体复合物。

COs/LCOs早期信号传导的双受体依赖
利用表达水母发光蛋白的转基因地钱体系，发现CO7、CO4和Fuc/MeFuc-LCOs能在1 μM浓度下诱发胞质钙离子内流，该反应在lyka和lyr突变体中完全消失，而在lykb/lykc中保持正常。钙信号响应不受SYMRK突变影响，表明这是独立于共生共信号途径（CSSP）的早期事件。过氧化氢处理证实lyka/lyr的钙响应机制本身未受损，说明双受体对COs/LCOs感知的特异性。

CO7诱导的转录组重塑
全基因组转录组分析显示，1小时CO7处理可诱导444个差异表达基因（DEGs），显著多于CO4诱导的108个。这些基因富集于富含亮氨酸重复序列（LRR）、蛋白激酶和WRKY转录因子等免疫相关功能类别。值得注意的是，lyka和lyr突变体均完全丧失CO7诱导的转录响应能力，进一步验证了双受体在信号转导中的协同作用。

讨论与进化启示
该研究揭示了LYK-I亚家族成员MpaLYKa在AM共生中的核心地位，其功能可追溯至4.5亿年前植物登陆时期。虽然MpaLYR具备高亲和力结合多种真菌衍生分子的能力，但其在共生建立中的非必需性暗示存在其他未知信号系统。这种受体功能分工模式为理解植物如何区分共生与病原微生物提供了新视角，也为作物共生性状的定向改良提供了分子靶点。值得注意的是，与被子植物中LYR基因功能冗余不同，地钱的简化受体体系为解析古老共生机制提供了独特窗口。研究还提出，植物可能通过LYK-I受体感知保守的"共生身份"分子，而LYR介导的信号则可能参与共生强度的微调。这些发现为探索植物-微生物互作的进化起源奠定了重要基础。