北京时间2025年1月24日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究团队在植物区分共生与病原微生物的分子机制研究中取得重要进展。该成果以“A pair of LysM receptors mediates symbiosis and immunity discrimination in Marchantia”为题在国际顶级学术期刊《细胞》（Cell）发表，建立了植物特异识别共生微生物和病原微生物的框架。这也是继去年该团队发表在《Nature》的题为Release of a ubiquitin brake activates OsCERK1-triggered immunity in rice的论文后的又一重要突破。
点击阅读该团队去年的发表在《Nature》的研究成果：
Nature | 中科院分子植物卓越中心研究揭示植物区分'有益'和'有害'微生物的分子机制
植物根系周围的土壤中生活着各种各样的微生物，既有促进植物生长的共生微生物，也有导致病害的病原微生物。菌根真菌是典型的共生微生物，能帮助植物更有效地从土壤中吸收磷和氮等营养物质。相反，病原微生物则威胁植物健康，影响作物产量。因此，理解植物如何准确地区分这两类微生物，成为植物-微生物相互作用及作物科学研究的关键问题之一。
王二涛团队之前的研究揭示，LysM类型的受体激酶位于植物细胞膜上，能够识别来自共生或病原微生物的信号，并启动相应的反应。然而，由于被子植物中的LysM受体激酶数量众多且功能有重叠，研究植物精确识别机制面临挑战。早期陆生植物粗裂地钱因其基因组冗余度低、LysM受体数量少而成为理想的研究模型。
本研究揭示，在早期陆生植物粗裂地钱中，仅存在一对LysM类受体激酶—MpaLYR和MpaCERK1，它们能够精准地区分共生微生物与病原微生物，并激活不同的下游信号通路。MpaLYR负责识别来自微生物的信号分子，可以结合共生微生物的短链几丁质壳聚糖CO4/5以及外源真菌产生的长链几丁质壳聚糖CO7/8，并通过与MpaCERK1形成复合体来启动相应的共生或免疫反应。值得注意的是，MpaLYR对长链几丁质壳聚糖CO7/8具有更高的亲和力，使植物能敏锐感知潜在病原微生物的威胁。
在低磷环境中，植物会释放一种名为独脚金内酯的激素，刺激菌根真菌分泌共生信号分子短链几丁质壳聚糖CO4/5。这些分子被MpaLYR识别后，触发共生反应，同时抑制由长链几丁质壳聚糖CO7引发的免疫反应，维持了共生与免疫之间的平衡。
为了探讨植物是否能特异性识别共生标志分子CO4和病原特征分子CO7，研究人员进行了磷酸化蛋白质组学分析。结果显示，CO4处理导致共生相关蛋白（如CDPK和核孔蛋白）的磷酸化，而CO7处理则引起多种免疫相关蛋白（包括PBLa、RBOH1、MYB和MAPK级联相关蛋白）的磷酸化变化。有趣的是，CO4和CO7处理都能增加CERK1、LYR、KIN4等蛋白的磷酸化水平，但程度不同，表明共生信号和免疫信号可能诱导不同受体复合物的组装，从而实现特定信号的激活。
当病原微生物入侵时，其特征分子CO7/8被MpaLYR识别并触发强烈的免疫反应以抵御侵染。而在高磷条件下，菌根真菌不分泌共生信号分子CO4/5，其细胞壁成分反而会激发免疫反应；相反，在低磷条件下，植物通过合成并分泌独脚金内酯促进菌根真菌释放共生信号分子CO4/5，MpaLYR识别这些分子后激活共生反应，同时抑制由细胞壁成分引起的免疫反应。因此，MpaLYR-MpaCERK1通过识别不同长度的几丁质壳聚糖区分共生与病原微生物，确保植物既能通过菌根共生摄取营养，又能抵抗病原微生物的侵袭。这项研究不仅阐明了植物分辨共生与病原微生物的分子机制，还为农业病害防控及绿色农业的发展提供了理论基础。
MpaLYR-MpaCERK1区分共生与病原微生物的模型
分子植物卓越中心王二涛研究员为文章通讯作者，王二涛研究组的博士生谭新行以及已出站博士后王大鹏为本研究的共同第一作者。王二涛团队长期致力于植物与微生物共生领域的研究，取得了多项系统性和原创性的成果。他们颠覆了传统观念，建立了一个以脂肪酸为核心的营养交换和调控理论框架；发现了菌根因子受体，并阐明了植物识别菌根真菌的信号转导机制；此外，还揭示了豆科植物能够结瘤固氮的新机制。这些研究成果为相关领域带来了新的视角和深刻的理解，先后入选2017和2021年中国农业科学重大进展，被评为2021年Cell Press中国区最优论文等。该研究得到了国家自然科学基金、新基石研究员项目、中国科学院B类先导项目以及腾讯科学探索奖的资助。
王二涛研究员，先后获得国家基金委“杰出青年基金”“优秀青年基金”“等资助，2020年获得“科学探索奖”。研究成果以通讯作者发表在Science、Nature和Cell等国际顶级学术期刊上，是植物-微生物共生研究领域的前沿探索者，对该领域有重要影响。
