南京大学王斌课题组发现水稻调控丛枝菌根共生核心结构——丛枝发育的关键激酶OsADK1.

丛枝菌根（Arbuscular Mycorrhiza, AM） 是一类起源古老并发生在绝大多数陆地植物根部与球囊菌门真菌之间的互利共生关系。在该共生关系中，真菌的菌丝能够进入植物根部的内部皮层细胞 （inner cortical cells） ，依次通过形成主干 （trunk） 、初级分支 （basal branch） 、细小分支 （fine branch） 等阶段最终发育成AM共生的核心结构——丛枝 （arbuscules） 。在形成丛枝的细胞中，植物与真菌可以通过共生界面高效进行营养交换。因此，寻找调控丛枝发育的关键基因，对深入了解AM共生调控机制至关重要。

2022年2月8日，南京大学医药生物技术国家重点实验室 / 生命科学学院王斌教授课题组在New Phytologist在线发表了题为OsADK1, a novel kinase regulating arbuscular mycorrhizal symbiosis in rice的研究论文，首次在水稻中发现了一个关键蛋白激酶OsADK1，其在调控丛枝发育的过程中起到了不可或缺的作用。

演化分析表明，ADK基因家族早在陆地植物的祖先中已经起源，并在众多能够形成菌根共生的物种中呈保守演化模式。在水稻AM共生过程中，OsADK1在形成丛枝的细胞中特异诱导表达。通过CRISPR/Cas9技术得到敲除该基因的突变体。与野生型相比，Osadk1突变体的定植率显著降低，只有3%左右。更为重要的是，在突变体根中观察不到充满整个细胞的正常丛枝，真菌菌丝进入皮层细胞后丛枝发育停留在trunk阶段，没有继续分化，暗示植物调控真菌丛枝的发育过程在早期阶段就被终止。

该研究进一步对接种6周后的野生型、Osadk1突变体以及与野生型一同种植的突变体进行转录组测序。结果在突变体中鉴定出656个显著下调表达基因，绝大多数这些基因的功能尚未被研究过。只有47个为之前已经报道的AM共生相关基因，包括已知调控AM共生的关键转录因子与激酶如RAM1, WRI5a, WRI5b, RAD1, AM18, Kin5 and ARK1等等，这表明OsADK1在调控AM共生的信号通路中很可能位于这些已知因子的上游，其具体分子调控机制值得进一步探究。

综上所述，该研究在水稻中发现了一个新的调控丛枝发育的关键激酶，从而揭开了植物调控丛枝菌根共生信号网络的新的一角。

南京大学医药生物技术国家重点实验室 （生命科学学院）王斌教授为该论文的通讯作者，博士生郭睿为该论文的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

文章链接：

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