An extracellular β‐ N‐acetylhexosaminidase of Medicago truncatula hydrolyzes chitooligosaccharides and is involved in arbuscular mycorrhizal symbiosis but not required for nodulation

截形苜蓿 共生 根瘤菌 突变体 生物 细胞外 细胞生物学 生物化学 苜蓿 草木犀根瘤菌 植物 基因 细菌 遗传学
作者
Yi‐Han Wang,Wei Liu,Jing Cheng,Ru‐Jie Li,Jiangqi Wen,Kirankumar S. Mysore,Zhi‐Ping Xie,Didier Reinhardt,Christian Staehelin
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:239 (5): 1954-1973 被引量:4
标识
DOI:10.1111/nph.19094
摘要

Establishment of symbiosis between plants and arbuscular mycorrhizal (AM) fungi depends on fungal chitooligosaccharides (COs) and lipo-chitooligosaccharides (LCOs). The latter are also produced by nitrogen-fixing rhizobia to induce nodules on leguminous roots. However, host enzymes regulating structure and levels of these signals remain largely unknown. Here, we analyzed the expression of a β-N-acetylhexosaminidase gene of Medicago truncatula (MtHEXO2) and biochemically characterized the enzyme. Mutant analysis was performed to study the role of MtHEXO2 during symbiosis. We found that expression of MtHEXO2 is associated with AM symbiosis and nodulation. MtHEXO2 expression in the rhizodermis was upregulated in response to applied chitotetraose, chitoheptaose, and LCOs. M. truncatula mutants deficient in symbiotic signaling did not show induction of MtHEXO2. Subcellular localization analysis indicated that MtHEXO2 is an extracellular protein. Biochemical analysis showed that recombinant MtHEXO2 does not cleave LCOs but can degrade COs into N-acetylglucosamine (GlcNAc). Hexo2 mutants exhibited reduced colonization by AM fungi; however, nodulation was not affected in hexo2 mutants. In conclusion, we identified an enzyme, which inactivates COs and promotes the AM symbiosis. We hypothesize that GlcNAc produced by MtHEXO2 may function as a secondary symbiotic signal.

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