豆科植物能够与根瘤菌共生固氮,其中根瘤器官为根瘤菌提供合适的微环境,供其固氮。豆科植物中根瘤原基起源于皮层细胞的分裂,继而发育成根瘤器官。在没有根瘤菌侵染的情况下,一些共生信号组分的激活能够诱导皮层细胞的分裂并形成瘤状突起。这种不依赖于根瘤菌侵染形成的自结瘤能将侵染事件和根瘤发育解偶联,为我们解析根瘤共生过程提供研究材料。在本研究中,我们发现在不处理根瘤菌情况下,在蒺藜苜蓿中过量表达位于核膜上的Ca2+通道蛋白Mt DMI1能够激活共生标记基因Mt ENOD11的表达,并引起皮层细胞的分裂,形成无固氮功能的根瘤,并且激活共生信号形成自结瘤依赖于其对Ca2+结合能力。过量表达来源于水稻及大豆中与Mt DMI1同源的基因Os/Gm POLLUS也能够激活共生信号,产生自结瘤。然而,过量表达共生信号通路中其他位于核膜上共生相关组分Mt NUP85以及Mt CNGC15a/b/c则不能诱导Mt ENOD11表达和激活皮层细胞的分裂。我们进一步研究发现过量表达Mt DMI1激活共生信号不依赖结瘤因子信号通路NFP和DMI2,但依赖于共生信号下游的DMI3,NSP1/2和NIN。综上,本研究发现过量表达位于核膜上的钙离子通道蛋白Mt DMI1激活共生信号并促进皮层细胞分裂产生自结瘤,此研究为改造非豆科植物共生固氮和高效利用共生固氮提供基因资源和新策略。