植物识别病原菌和有益微生物

每一个生物都有紧密共生的生物，植物也不例外。众所周知，植物根部的土壤和根表面有成千上万的细菌和真菌存在，对植物来说，这些微生物有的有害、有点有益，为了区分致病微生物和有益微生物，植物一定有一套先进的检测系统。

研究发现，在这个检测系统中，有一类来自微生物的信号分子能够为植物所识别，这类信号分子就是壳多糖（chitin，也叫几丁质、甲壳质、甲壳素、聚乙酰氨基葡糖等，广泛存在于自然界的一种含氮多糖类生物高分子）。

最近，有研究发现，豆科植物百脉根就能识别根瘤菌释放的信号分子脂壳多糖寡聚糖（Lipochitin oligosaccharides，简称Nod因子），从而促进豆科植物根瘤的形成，根瘤菌寄生在根瘤中，固定空气中的氮气来为植物提供营养。

豆科植物通过其根细胞表达的Nod因子受体（Nod factor receptors，NFRs）来识别根瘤菌分泌的Nod因子，NFRs包含胞外的三赖氨酸模体（three lysin motif ，LysM）和胞内的丝苏氨酸激酶结构域。

研究豆科植物百脉根、苜蓿、大豆和豌豆的Nfr基因突变体发现，正常的Nfr基因是豆科植物形成根瘤所必须的。分析发现百脉根中有两个Nfr基因——Nfr5和Nfr1，其中任何一个基因突变都能引起根瘤形成障碍。在苜蓿中，仅仅Nfr5的同源基因Nfp发生突变才能造成无根瘤形成表型，Nfr1的同源基因Lyk3 是根瘤菌侵染植物过程中由植物表皮细胞壁向内增长而形成的包裹菌体的线状鞘套所必需的。在烟草和拟南芥的细胞膜上也分离到这两个受体的融合蛋白。

体外试验表明，切去N-端信号肽的NPR1蛋白依然保持激酶活性。NFR5蛋白则以识别N-糖基化模式的胞外功能区为特征。

丹麦奥尔胡斯大学以及其他研究所整合生物化学、化学选择和微生物遗传学等研究手段（如质谱分析、蛋白互作识别分析、大分子结构分析等技术等）得出结论：豆科植物根瘤的形成是通过豆科植物的受体蛋白和根瘤菌产生的信号分子直接结合而激活的。

该研究结果可能帮助识别有益微生物，替代杀虫剂，发展可持续农业。