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豆科植物（legume）能够与根瘤菌（rhizobia）产生特异性的相互作用,进而在根部形成高度特化的器官--根瘤（nodule）,这个过程也被称作根瘤共生（Root Nodule Symbiosis,RNS）。在根瘤中,宿主植物为根瘤菌提供碳源以及稳定的生存环境,根瘤菌则通过固氮酶的固氮作用将大气中游离的氮气（N2）还原成氨（ammonia）以促进植物生长,二者互利互惠和谐共存。近20年以来的研究主要以模式豆科植物百脉根（Lotus japonicus）和蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）为材料,通过正向遗传学和反向遗传学等方法鉴定到了约200个参与RNS的基因,极大的丰富了我们对共生信号转导机制的认识。其中共生受体激酶Sym RK是根瘤菌与豆科植物之间早期信号识别的一个关键基因,但是其调控机制尚不完善。本研究以百脉根为材料,利用蛋白相互作用、CRISPR基因敲除、植物遗传转化等技术探讨了Sym RK及其互作蛋白在根瘤共生早期的功能,主要结果如下:1. 利用百脉根根瘤菌MAFF303099、人工合成的细菌鞭毛蛋白N端22个保守氨基酸（flg22）分别处理百脉根植株,都能够激发百脉根产生相似的免疫防御反应。但是先用根瘤菌预处理植株后,再用flg22处理,植株会丧失产生免疫防御反应的功能。说明了百脉根与根瘤菌共生关系的建立能够抑制flg22诱发植物的免疫反应。2. 为了揭示根瘤菌与植物共生过程中,哪个功能基因具有抑制植物免疫防御反应的功能。在百脉根结瘤因子受体激酶NFR1、NFR5功能缺失突变体（nfr1、nfr5）和共生受体激酶Sym RK功能缺失突变体（ems61、symrk-409）中,利用根瘤菌预处理突变体植株后,再用flg22处理。研究表明,在nfr1和nfr5中,根瘤菌也抑制了flg22激发的植物免疫反应;而在2个symrk突变体（ems61,symrk-409）中,根瘤菌则不能抑制flg22激发的植物免疫反应。这一结果暗示根瘤菌的免疫抑制功能可能依赖于Sym RK而非结瘤因子的两个受体NFRs。3. 为了研究Sym RK参与根瘤菌介导抑制免疫反应的机制,我们以Sym RK胞内激酶结构域（Sym RK-CD）作为诱饵,用酵母双杂交（yeast two hybrid）的方法鉴定到一个能够与Sym RK互作的蛋白。该蛋白与拟南芥中的At BAK1（BRI1-Associated Kinase）蛋白质序列具有高度相似,氨基酸同源比对显示二者序列相似度高达82%。因此,将其命名为Lj BAK1。为了验证Lj BAK1的生物学功能,在拟南芥bri1-5背景下超表达Lj BAK1能够一定程度上促进下胚轴的生长,说明Lj BAK1可能与At BAK1都参与了BR信号通路。在Atbak1-4突变体超表达Lj BAK1也能部分回补其发育缺陷。Atbak1-4突变体对flg22处理不敏感,超表达Lj BAK1后flg22激发的MPK磷酸化能恢复到野生型的水平。进一步说明了Lj BAK1与At BAK1一样参与了flg22介导的免疫反应。4. 利用体内、体外蛋白质相互作用的技术手段,我们进一步证实了Lj BAK1的胞内激酶结构域与Sym RK间的相互作用,而其不能与Lj NFR1或Lj NFR5相互作用。说明Lj BAK1与Sym RK间的相互作用具有特异性,且这种相互作用在豆科和非豆科中都具有保守性。5. 在大肠杆菌中分别表达并纯化了Lj BAK1（His-Lj BAK1-CD）和Sym RK（MBP-Sym RK-CD）蛋白,并开展了一系列体外磷酸化实验,验证二者的激酶活性。结果显示二者的激酶结构域都具有自磷酸化和底物水平磷酸化活性,并且能相互磷酸化。同时发现Sym RK能够抑制Lj BAK1的自磷酸化和底物水平磷酸化活性,并且这种抑制作用依赖于Sym RK的激酶活性。为了进一步探索验证Lj BAK1激酶活性与其生物学功能之间的相关性,将Lj BAK1构建到带有（G4S）2-FLAG的载体上,导入野生型百脉根并得到稳定的转化植株。转基因植株的根段用flg22处理后,通过免疫沉淀分离Lj BAK1蛋白,分别用FLAG抗体和丝氨酸/苏氨酸/酪氨酸磷酸化的抗体检测。结果表明,flg22可以诱导Lj BAK1发生磷酸化;而用根瘤菌MAFF303099预处理后,磷酸化活性受到了抑制。说明根瘤菌能够抑制flg22介导的Lj BAK1的磷酸化。6. 利用CRISPR-Cas9基因编辑系统,我们得到百脉根bak1两个突变体植株（Ljbak1-1,ljbak1-2）,二者都会导致Lj BAK1蛋白的翻译提前终止。百脉根bak1突变体表型分析结果表明,bak1发育受阻并且对flg22的处理不敏感,在接种根瘤菌后突变体植株的侵染线增多、侵染密度增大。说明Lj BAK1在豆科植物百脉根与根瘤菌共生过程中具有负调控作用。同时,也揭示了豆科共生受体激酶Sym RK调控植物免疫防御反应的分子机制。7. 利用酵母双杂交和Bi FC的方法,我们发现Sym RK的两个互作蛋白SIP1（一种ARID型DNA结合蛋白）和SIE3（一种含有RING[Really Interesting New Gene]结构域的E3连接酶）能够相互作用,同时SIE3能够与自身结合并形成同源二聚体。8. 进一步的研究发现,SIE3的CRA结构域上的第266位的半胱氨酸残基（Cys266）对于其二聚体的形成十分重要,将Cys266突变掉后SIE3不能形成二聚体并且也丧失了其生物学功能,说明SIE3可能通过Cys266形成二硫键之后以二聚体的形式行使功能。