豆科模式植物百脉根能和丛枝菌根真菌及根瘤菌形成共生。在低磷条件下,丛枝菌根真菌在植物根皮层细胞形成丛枝结构来与植物进行营养交换。丛枝菌为植物提供磷等营养元素,作为回报丛枝菌能够获得植物光合作用固定的碳。另一方面,百脉根能与根瘤菌共生,形成根瘤这一特殊器官,根瘤中含有大量的类菌体,类菌体内的固氮酶能够将空气中的氮气转变成植物可利用的氨,植物同样能为根瘤菌提供碳源。因此,研究豆科植物与丛枝菌、根瘤菌共生关系的建立和维持,对于增加作物产量,降低化肥施用具有重要意义。在菌根共生中,丛枝结构的动态发育过程受到宿主植物细胞的严格调控。菌根诱导表达几十种激酶(AM-induced kinases,AMKs),但目前这些激酶的功能未知。菌根共生必需基因KIN3编码SPARK类型的类受体激酶,本研究解析KIN3的互作蛋白胞质类受体激酶AMK8及其同源蛋白AMK24在菌根共生中调控丛枝发育的功能。通过分析AMK8和AMK24的菌根共生表型、表达模式及验证蛋白互作,获得的主要研究结果如下:(1)菌根共生表型分析:利用LORE1a转座子插入单突变体amk8-1、amk8-2、amk24-1、amk24-2以及双突变体kin3-1/amk8-3,分析其菌根共生表型。amk8和amk24单突变体相较野生型Gifu B-129丛枝菌定植率显著降低,表明AMK8和AMK24为菌根共生所必需。与野生型相比,kin3-1/amk8-3的菌根定植率和共生基因表达都显著降低,与亲本单突变体kin3-1菌根共生表型一致,表明KIN3与AMK8可能在同一条通路上调控菌根共生,KIN3相较AMK8可能具有遗传上位效应。在单突变体kMLN4924说明书in3-1中分别过表达AMK8或AMK24,其菌根定植率和共生相关基因表达与单突变体kin3-1一致,表明过表达AMK8或AMK24不能恢复单更多突变体kin3-1的菌根共生表型。(2)表达模式分析:通过构建AMK8或AMK24启动子驱动GUS报告基因,瞬时转化百脉根,在转基因根中观察到AMK8或AMK24在tibio-talar offset含丛枝的细胞和不同发育阶段的根瘤中均有表达。通过在烟草中过表达,观察到AMK8和AMK24定位在细胞膜上。通过分析AMK24在菌根中的亚细胞定位,观察到AMK24-YFP定位在围丛枝膜上。(3)验证KIN3与AMK8、AMK24互作:酵母双杂实验和双分子荧光互补实验显示KIN3与AMK8、AMK24间存在蛋白互作。同时,AMK8和AMK24能形成异源二聚体。综上所述,百脉根胞质类受体激酶AMK8和AMK24为菌根共生所必需,可能与KIN3在同一条通路上通过形成受体复合物,将胞外信号传递到胞内,调控丛枝发育。