豆科植物与根瘤菌形成根瘤器官,进行共生固氮,是自然界中最常见利用氮源的方式,在农业实际生产和应用上,具有重大的价值和意义。目前在对豆科植物研究中,分离和鉴定了一系列编码包括NFR1、NFR5、Sym RK等重要的受体类蛋白激酶基因,而且随着深入研究,越来越多的受体类蛋白激酶被发现参与调控共生信号转导途径。近年来,拟南芥中关于编码体细胞胚胎发生受体类蛋白激酶基因SERKs功能研究成为热点。At SERKs属于编码LRR类受体蛋白激酶的基因家族,是研究的最多也最为透彻的,它们参与植物生长、发育和免疫等多重生命活动,且存在基因功能冗余现象。然而,豆科植物中关于SERKs基因研究工作尚未有报道。此外,本实验室已证实百脉根LjSERKs蛋白均能与共生受体激酶Sym RK相互作用。以此背景为前提和基础,本研究以豆科植物百脉根的LjSERKs为研究对象,初步探索豆科植物中的SERKs基因家族在根瘤共生中的功能,为进一步阐明百脉根SERKs基因家族在根瘤菌的侵染,根瘤器官发生和发育等过程的功能与作用机制提供材料。主要研究结果如下:1.根据拟南芥At SERKs基因序列,从百脉根基因组中鉴定到8个同源基因,并命名为LjSERK1…8。进化树分析LjSERKs和At SERKs,发现百脉根8个SERK基因分别位于百脉根不同染色体上,并分为2个大的Group,其中LjSERK1、2、3与拟南芥At SERK1-5分在1个Group,而LjSERK4、5、6、7、8支在另一Group。基因结构分析表明,这些LjSERKs家族基因有着基本相似的结构。2.利用本实验室改造的CRISPR-Cas9系统,成功构建了适用于百脉根毛根转化载体,对LjSERKs家族基因进行敲除,结果表明,LjSERKs家族基因发生了不同程度的编辑,产生包括碱基缺失突变、插入突变、单碱基突变的多样编辑方式。3.LjSERKs基因家族敲除的毛根转化结瘤表型实验显示,分别单敲除LjSERK2、LjSERK3、LjSERK6、LjSERK7,双敲除LjSERK6-LjSERK3、LjSERK7-LjSERK3,与对照植株相比,在共生结瘤表型上无明显差异。单敲除LjSERK8,双敲除LjSERK8-LjSERK3、LjSERK2-LjSERK3,其植株结瘤数显著性减少。这些结果表明LjSERK2、LjSERK3、LjSERK8基因参与根瘤共生信号转导途径,其中LjSERK2、LjSERK3可能存在基因功能冗余,具有互补彼此功能缺失表型的作用,而LjSERK8是根瘤共生过程中结瘤所必不可少的基因,家族其他基因也可能存在基因功能冗余的现象。4.通过CRISPR-Cas9系统的百脉根稳定转化技术,得到48株LjSERK2转基因阳性植株,经过分离和鉴定,共获得4株突变体植株,突变类型为缺失突变。