摘要：本文发现，植物CLE肽（CLAVATA3/胚胎周围区域相关肽）及其真菌模拟物通过CRN（CORYNE）介导的活性氧（ROS）抑制促进丛枝菌根（AM）共生。研究鉴定出蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）的CLE16（MtCLE16）作为AM共生的正
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本文发现，植物CLE肽（CLAVATA3/胚胎周围区域相关肽）及其真菌模拟物通过CRN（CORYNE）介导的活性氧（ROS）抑制促进丛枝菌根（AM）共生。研究鉴定出蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）的CLE16（MtCLE16）作为AM共生的正向调节因子。MtCLE16在菌根真菌（AMF）定殖的根细胞中表达，其过表达通过精细调控丛枝（arbuscule）的生长和寿命来增加丛枝丰度。功能与转录组分析表明，MtCLE16通过蒺藜苜蓿假激酶CRN（MtCRN）发挥作用，抑制根部ROS积累，从而减弱免疫反应并促进AMF定殖。值得注意的是，AMF自身也表达MtCLE16样肽（如Rhizophagus irregularis的RICLE1）。研究发现，RICLE1同样通过MtCRN抑制ROS并促进AMF定殖，表明真菌肽可通过干扰宿主MtCLE16-MtCRN信号模块获益。该研究揭示了跨王国信号传导与分子模拟在植物-微生物互惠共生中的机制。
丛枝菌根（AM）共生是植物与Glomeromycotina真菌的互惠关系，真菌协助植物吸收磷等矿物质，植物则为真菌提供碳源。CLAVATA（CLV）信号通路中的CLE肽是植物细胞间通讯的关键调控因子，但其在AM共生中的具体功能尚不明确。此前研究仅发现负调控AM共生的植物CLE肽（如MtCLE53和SICLE11），而真菌是否通过模拟宿主CLE肽操纵共生仍缺乏功能证据。此外，ROS平衡在丛枝发育与退化中的调控机制亦未阐明。
研究内容
MtCLE16的功能解析：通过表达分析、过表达实验及合成肽处理，探究MtCLE16对AM共生的调控作用。
真菌CLE样肽的鉴定与功能：利用基因组搜索鉴定AMF中的CLE样肽（如RICLE1），分析其与宿主信号的互作。
信号通路机制：结合突变体（如crn）和转录组学，解析MtCLE16-MtCRN模块如何通过ROS调控共生。
跨王国分子模拟：验证真菌RICLE1是否通过宿主CRN通路促进共生。
1. MtCLE16促进丛枝发育与寿命表达模式：MtCLE16在AMF定殖的根皮层细胞中特异性高表达（图1B），与丛枝形成区域高度重合。
功能验证：过表达MtCLE16显著增加丛枝丰度（图1D），并延长丛枝寿命（图1F）。合成MtCLE16肽处理同样增强丛枝发育（图S4），且部分挽救pt4突变体的丛枝早衰表型（图S3）。
机制解析：MtCLE16下调与丛枝退化相关的水解酶基因（如半胱氨酸蛋白酶），延缓丛枝降解（图S2E）。
2. 真菌RICLE1通过CRN促进共生
进化与结构：在8种AMF中鉴定出MtCLE16样肽，其CLE结构域与植物高度相似（图2A-C），并具有分泌信号肽及蛋白酶切割位点（图2B）。
功能差异：过表达RICLE1增加AMF根定殖率，但不影响丛枝丰度（图2E-F），表明其作用集中于促进真菌侵染扩展。
信号依赖：RICLE1与MtCLE16均依赖MtCRN发挥作用（图3A-D），但RICLE1不调控丛枝发育相关基因（图2G-H）。
3. MtCRN介导的ROS抑制机制
转录组证据：MtCLE16过表达或crn突变体中，ROS生成基因（如NADPH氧化酶）下调，而ROS清除基因（如过氧化物酶）上调（图4A）。
ROS定量：MtCLE16或RICLE1肽处理显著降低根中H₂O₂和O₂⁻水平（图4B-C，图S12），效果与ROS抑制剂DPI类似（图4E-F）。
表型关联：ROS抑制直接促进丛枝丰度与寿命（图4D-F），揭示ROS动态平衡是共生调控的核心节点。
4. 跨王国信号模拟的生物学意义
协同效应：MtCLE16与RICLE1通过共同靶点MtCRN抑制ROS，但作用阶段不同：植物肽主要调控丛枝，真菌肽促进定殖（图4G）。
进化意义：CLE样肽仅存在于部分进化较晚的AMF中（如Glomeraceae），暗示其在共生适应性中的重要作用。
MtCLE16是首个被鉴定的正向调控AM共生的植物CLE肽，通过MtCRN抑制ROS以延长丛枝寿命。
真菌RICLE1模拟宿主CLE肽信号，通过相同通路促进共生，但作用靶点侧重真菌侵染扩展。
ROS动态平衡是AM共生的关键调控节点，CLE-CRN模块通过协调免疫抑制与共生发育实现互惠。
发现新型正向调节因子：首次揭示植物CLE肽（MtCLE16）对AM共生的正向调控，突破此前仅负调控因子的认知。
揭示真菌分子模拟机制：阐明AMF通过分泌CLE样肽（如RICLE1）劫持宿主CRN通路，为跨王国信号模拟提供直接证据。
解析ROS的核心作用：将CLE-CRN信号与ROS稳态关联，提出“ROS阈值调控共生效率”的新模型。
农业应用潜力：MtCLE16与RICLE1可作为靶点，优化作物-菌根互作以提高养分利用效率。
原文链接：
来源：克莱德河听风者
