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在豆科植物与根瘤菌的共生过程中，根毛细胞响应根瘤菌的侵染，卷曲包裹根瘤菌形成侵染线。根瘤菌通过侵染线进入皮层细胞分裂形成的根瘤原基，根瘤原基进一步发育形成成熟固氮的共生器官—根瘤。在根瘤菌侵染的早期，根毛发生一系列的极性改变和重建过程，包括根毛顶端膨大、分杈和根毛卷曲。然而根毛变形过程中的细胞极性变化的调节机制尚不清楚。本课题通过反向遗传学、生化和细胞生物学等方法，探索了蒺藜苜蓿小G蛋白ROP10调控根毛极性发育和根瘤菌分泌的信号分子—结瘤因子(Nod factors，NFs)诱导的根毛变形过程中的分子机制。在调控根毛极性发育方面，我们发现:过表达ROP10和组成性激活的ROP10CA形成变短、膨大的根毛，而过表达显性失活形式的ROP10DN则抑制根毛的伸长，表明ROP10参与调控蒺藜苜蓿根毛的极性发育;另外，通过点突变ROP10的GC-CG基序中的半胱氨酸，抑制其硫酰化修饰，可以影响蛋白与细胞质膜的结合，并且减弱根毛的去极化程度。在共生互作方面的研究，我们发现:过表达ROP10或ROP10CA的部分根毛形成多个侵染点;而且在NFs诱导和根瘤菌侵染过程中，ROP10在根毛里的表达量短暂上调，定位于变形根毛新的生长点和分杈、卷曲根毛的质膜上;并且过表达ROP10或ROP10CA使NFs诱导的标志基因ENOD11的表达量上升、表达区域向根尖前移扩大。因此，我们推断ROP10在NFs诱导的根毛变形过程中可能起着正调控的作用。另外，我们也发现ROP10可以与结瘤因子受体NFP和LYK3的胞内激酶区互作。因此，我们进一步提出了NFs信号在空间上调节ROP10定位和活性，使其与结瘤因子受体互作，而参与到NFs信号途径中控制共生早期过程中根毛变形和卷曲的分子机制。 另外，我们也探索了蒺藜苜蓿小G蛋白ROP6在根毛极性发育和共生固氮过程中的分子机制。研究结果显示:ROP6和ROP6CA在烟草表皮细胞中定位于细胞质膜、细胞质和细胞核中，而ROP6DN呈点状分布;ROP6参与调控根毛的极性发育，过表达野生型ROP6的根毛产生多样性的表型，包括变短、膨大、分杈等，而过表达组成性激活的ROP6CA只形成变短膨大的根毛，过表达显性失活形式的ROP6DN则抑制根毛的伸长;通过筛选ROP6的互作蛋白，得到与一个新的调控根毛极性发育的转录因子VOZ1(vascular plant transcription factorwith one-zinc finger)，过表达或RNAi沉默VOZ1都能引起根毛极性发育的改变;另外，我们发现ROP6和ROP6CA在酵母双杂交体系中可以与结瘤因子受体NFP的激酶区互作。这些研究结果为ROP6控制根毛的极性发育和参与共生固氮过程的机制研究，提供了新的实验依据和研究方向。