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北歐神話中，曙光女神Aurora用翅膀劃破黑暗夜空形成極光，預(yù)示黎明的到來。Aurora基因首先在果蠅中被鑒定，其突變體細(xì)胞分裂時形成單極紡錘體，形似極光，故命名為極光激酶Aurora（Glover et al., 1995）。較多癌癥中均存在極光激酶的過度表達(dá),因而Aurora在抗腫瘤研究中被廣泛關(guān)注，而研究人員對其在植物中的功能卻知之甚少。

10月17日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院-英國約翰·英納斯中心植物和微生物科學(xué)聯(lián)合研究中心研究員Jeremy Murray研究組在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上，發(fā)表了題為Intracellular infection by symbiotic bacteria requires the mitotic kinase AURORA1的論文，首次揭示Aurora在根瘤共生中的重要作用及調(diào)控機(jī)制。

豆科植物與根瘤菌共生固氮可有效降低化肥使用量，因此解析共生的分子機(jī)制是發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)。共生體系的建立首先依靠根瘤菌侵染宿主成功。對于多數(shù)豆科植物而言，根瘤菌通過精細(xì)的顯微結(jié)構(gòu)侵染線入侵植物細(xì)胞，進(jìn)而在根瘤內(nèi)定殖并固氮。侵染線成管狀并穿過細(xì)胞，由植物細(xì)胞膜和細(xì)胞壁內(nèi)陷而形成。該形成過程依賴細(xì)胞骨架重塑，需要微絲、微管和囊泡等多種組分的時空協(xié)調(diào)?？茖W(xué)家已注意到侵染線形成時所發(fā)生的細(xì)胞骨架動力學(xué)行為與有絲分裂中細(xì)胞板的發(fā)育過程頗為相似（Brewin, 1991; Rae et al., 1992），但細(xì)胞周期是否參與侵染線的形態(tài)建成尚不清楚。

前期研究發(fā)現(xiàn)根瘤菌侵染的發(fā)生與多個細(xì)胞周期基因的重新激活密切相關(guān)（Breakspear et al., 2014）。由于aur1突變體致死，研究利用CRISPR/Cas9編輯系統(tǒng)進(jìn)行共生組織特異性敲除，發(fā)現(xiàn)AUR1突變后，侵染線發(fā)育異常，表明AUR1在早期結(jié)瘤過程中的關(guān)鍵作用。活細(xì)胞熒光成像分析、免疫共沉淀和蛋白磷酸化等實驗揭示AUR1與微管蛋白及微管結(jié)合蛋白MAP65相互作用且共同定位于根毛中的預(yù)侵染結(jié)構(gòu)，并暗示AUR1通過調(diào)控細(xì)胞骨架促進(jìn)侵染線的形成?？蒲腥藛T對轉(zhuǎn)錄調(diào)控的進(jìn)一步研究表明，AUR1的激活受到R1R2R3-Myb類轉(zhuǎn)錄因子MYB3R1的直接調(diào)控。干擾MYB3R1的表達(dá)顯著抑制侵染線和根瘤的形成，而過表達(dá)MYB3R1則顯著增加侵染和結(jié)瘤。豆科植物AUR1啟動子上的順式元件與非豆科植物相比存在差異，且對AUR1的表達(dá)模式至關(guān)重要，表明共生進(jìn)化過程中豆科植物通過招募MYB3R1-AUR1有絲分裂模塊促進(jìn)建成精巧的侵染線。

該研究初步揭示細(xì)胞周期基因調(diào)控侵染線形成的分子機(jī)理，為提高和改造豆科作物的固氮能力提供重要的基因資源和理論依據(jù)。研究工作得到中科院、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金和上海市“超級博士后”激勵計劃等的支持。

　

根瘤菌正在侵染苜蓿根毛。紅色為AURORA，綠色為微管蛋白。

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