蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）的宿主專一性

 

根瘤。圖片來源：維基百科。

許多豆科植物都會與根瘤菌形成共生關係。當植物生活在缺氮的環境中，植物的根部便會分泌類黃酮素來吸引土壤中的根瘤菌前來掛單，於是變產生了根瘤（root nodule）。

令科學家好奇的是，蒺藜苜蓿這種植物雖然也會與草木樨中華根瘤菌（Sinorhizobium meliloti）形成共生關係，但不同的生態型之間常常會發生不相容現象，導致在某些生態型的蒺藜苜蓿中，雖然有根瘤形成，但卻無法固氮。這是怎麼一回事呢？

研究團隊將兩種不同生態型的蒺藜苜蓿雜交，再將這些雜交種的蒺藜苜蓿分別讓草木樨中華根瘤菌感染，一步步找出究竟是哪個（些）基因與這個不相容現象有關；結果他們找到了一個基因：NFS2 （Nitrogen fixing specificity 2）。

NFS2基因會產生一個67個胺基酸的多肽，前面的24個胺基酸是訊號序列（signal sequence）。它只在根瘤中表現。研究團隊發現，NFS2會促進分化後的根瘤菌裂解，使產生的根瘤成為沒有功能的根瘤。

研究團隊分析NFS2的序列，發現它是一個NCR多肽（nodule-specific cysteine-rich）；同時它的序列與真核生物的抗菌肽有相似之處。在實驗室測試時，研究團隊也發現從不相容生態型中分離出的NFS2可以抑制草木樨中華根瘤菌的生長，甚至令其死亡。不同生態型的蒺藜苜蓿的NFS2序列有三個胺基酸不同（扣除掉訊號序列），這三個胺基酸可能就是決定它們之所以對草木樨中華根瘤菌有抑制效果的部位。

參考文獻：

Wang, Q., Yang, S., Liu, J., Terecskei, K., Ábrahám, E., Gombár, A., Domonkos, Á., Szűcs, A., Körmöczi, P., Wang, T., Fodor, L., Mao, L., Fei, Z., Kondorosi, É., Kaló, P., Kereszt, A., & Zhu, H. (2017). Host-secreted antimicrobial peptide enforces symbiotic selectivity in Medicago truncatula. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114(26), 6854–6859. https://doi.org/10.1073/pnas.1700715114