《New Phytologist》：Rhizobial motility preference in root colonization of Medicago truncatula
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本研究通过数学建模、活细胞成像与细菌突变体表型分析，揭示了根瘤菌在蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）侵染线（IT）内主要依赖鞭毛非依赖性的表面易位（如由铁载体Rhb1021介导的滑动运动）进行定殖，而非主动的鞭毛运动。研究发现，鞭毛缺失突变体（fliF, fliF–fliRdel）在体外游泳运动能力受损，但在宿主根部结瘤与定殖中无显著缺陷；而铁载体Rhb1021合成基因rhbE突变体则表现出表面运动能力下降、根毛内侵染线分支增多、根瘤发育及感染水平降低等表型，表明Rhb1021在调控侵染线定向生长及宿主有效定殖中发挥关键作用。
根瘤菌在侵染线内的运动动力学与建模提示其采用缓慢运动模式
数学建模与活细胞成像分析显示，荧光标记的苜蓿中华根瘤菌（Sinorhizobium meliloti）在蒺藜苜蓿根毛侵染线（IT）隔室内的移动速度缓慢（2–6 μm h?1），与被动运动（如滑动）而非主动运动（如鞭毛游泳）更为吻合。基于代理的模型模拟了细菌在IT空间内的增殖与运动，提示细菌前沿运动速度（约3.3 μm h?1）远低于鞭毛依赖的游泳（5–10 mm h?1）或表面熵驱运动（如“冲浪”，0.5–1 mm h?1），表明根瘤菌在IT中可能优先采用鞭毛非依赖性运动机制。
苜蓿中华根瘤菌fliF与fliF–fliRdel鞭毛突变体的体外游泳运动能力受损
通过删除S. meliloti 2011菌株中编码鞭毛马达基体关键组分fliF基因或整个鞭毛调节子区域（fliF–fliRdel），构建了鞭毛组装缺陷突变体。软琼脂（0.3–0.4% TY）游泳运动实验证实，野生型（WT）菌株的迁移面积显著大于fliF与fliF–fliRdel突变体，后者游泳运动能力基本丧失，验证了鞭毛缺失对主动运动的影响。
鞭毛运动突变体在植物早期结瘤与定殖中未表现明显表型
在蒺藜苜蓿接种实验中，携带lacZ报告基因的fliF与fliF–fliRdel突变体在结瘤数、根瘤原基（NP）数量、根瘤感染水平（X-gal染色强度）及根瘤面积方面与野生型无显著差异。这表明在洪水接种条件下，鞭毛介导的运动并非根瘤菌成功定殖宿主根部的必需因素，与早期在紫花苜蓿和三叶草中的研究结果一致。
铁载体Rhb1021合成基因rhbE突变影响体外表面运动及植物根瘤定殖
rhbE基因参与Rhb1021铁载体的生物合成。rhbE突变体在TY软琼脂上的游泳运动仅轻微减弱，但在半固体MM培养基上的表面运动能力显著受损。在植物实验中，rhbE突变体虽能形成正常数量的根瘤与根瘤原基，但其感染水平与根瘤面积均显著降低，根瘤原基中未感染或低感染比例升高。相反，仅缺失铁载体受体基因rhtA（影响铁摄取但不影响Rhb1021合成）的突变体则无此表型，说明rhbE的表型源于Rhb1021缺失导致的运动缺陷，而非铁饥饿。
rhbE突变促进根毛内侵染线分支化
利用组成型表达mScarlet荧光蛋白的菌株进行活体共聚焦显微镜观察发现，接种rhbE突变体的蒺藜苜蓿根毛中，分支IT（具两个或三个分支）的比例显著高于野生型接种的根毛。多数野生型接种植株（60%）仅形成单IT，而rhbE接种植株中具有高比例分支IT（>25%）的个体显著增多（10/18）。这表明Rhb1021的缺失扰乱了IT的极性尖端生长，可能导致IT导向异常。
讨论
综合数学模型、遗传学与表型分析，本研究提出S. meliloti在宿主根部定殖过程中，尤其在IT内运动时，更倾向于采用鞭毛非依赖性的表面易位机制。鞭毛缺失突变体仍能有效结瘤，而依赖表面活性物质（如Rhb1021）的被动运动机制则对IT的正常发育及根瘤的有效定殖至关重要。rhbE突变导致的IT分支表型暗示Rhb1021可能通过调节IT尖端的定向生长（或与活性氧稳态、细胞壁修饰等过程互作）来确保细菌向根瘤原基的顺利推进。未来研究可聚焦于不同胞外多糖（如EPS I）在IT运动中的潜在贡献，以及细菌增殖产生的推力在慢速运动中的作用。
