根瘤菌與宿主的相容性

住在大豆根瘤裡的緩生根瘤菌。圖片來源：維基百科

豆科植物與根瘤菌所形成的共生作用，是非常奇妙的關係。在土壤缺氮的時候，植物會分泌類黃酮素（flavonoids）吸引根瘤菌，接著根瘤菌分泌結瘤因子（Nod factors）使植物的根毛捲曲、細胞膜凹陷。然後根毛形成感染絲（infection thread），讓根瘤菌往皮層的根瘤生長點生長。在這中間，植物要抑制自己的防禦系統，好讓根瘤菌可以成功地感染植物並在植物細胞內安家落戶。根瘤菌除了會分泌結瘤因子，還會分泌一些由多醣、脂多醣類的化合物，這些化合物對感染可能有抑制也可能有促進的效果。如中華根瘤菌屬（Sinorhizobium）的NGR234會分泌NopL來抑制光葉百脈根與菜豆的MAPK防禦機制，就是一個很好的例子。

最近發現中華根瘤菌屬的Sinorhizobium fredii分泌的NopP對根瘤形成也有影響，但有些是促進，有些卻是抑制。為了瞭解這個機制，研究團隊以全基因組關連研究（GWAS），在大豆中找到一個基因，命名為GmNNL1（Nodule Number Locus 1）。GmNNL1與緩生根瘤菌USDA110（Bradrhizobium USDA110）的NopP有直接的互動，而這個互動造成根瘤形成的抑制。有些大豆的GmNNL1被插入了一個179鹼基對的轉位子，造成該基因失去功能，如此一來緩生根瘤菌就可以在大豆的根部形成根瘤了。

參考文獻：

Zhang, B., Wang, M., Sun, Y. et al. Glycine max NNL1 restricts symbiotic compatibility with widely distributed bradyrhizobia via root hair infection. Nat. Plants 7, 73–86 (2021). https://doi.org/10.1038/s41477-020-00832-7

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