豆科植物与根瘤菌共生6000万年之谜 中国科学家破解了

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中新社






大豆示意图。（新华社）

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中国科学院分子植物科学卓越创新中心的杰睿·默里（Jeremy Murray）团队与张余团队合作在国际知名期刊《科学》（Science）上在线发表了一篇题为「类黄酮类化合物特异性结合激活根瘤菌NodD分子机制研究」的科研论文，破解豆科植物与根瘤菌「共舞」之谜。

中新社报导，在大豆等豆科植物的根系周围，悄然进行着一场精妙的合作。豆科植物为根瘤菌提供碳源；作为回报，根瘤菌凭借其固氮能力将空气中的氮气转化为植物可利用的养分，二者形成互惠互利的共生关系。

但这一合作的背后，还需要精准的「身份验证」流程。相关研究表明，豆科植物根系会分泌一种叫「类黄酮类化合物」的化学信号，它如同一把特制的「信号钥匙」。而根瘤菌细胞内的NodD蛋白就像「分子锁」，能识别与之匹配的「信号钥匙」，从而触发共生程序。

这一「分子锁」如何特异性识别该「信号钥匙」，进而实现如此「专一」的匹配？这是该领域尚未完全阐明的科学问题。 　　

加拿大籍科研人员、中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员杰睿·默里在上海受访时把豆科植物与根瘤菌形容为搭档多年的舞伴，配合默契，了解彼此的一举一动。「豆科植物与根瘤菌已有约6,000万年的共生互作关系，如果临时更换舞伴，恐难合拍。」该研究团队希望找到上述舞伴配合默契的分子密码。研究人员认为，这类精确识别源于长时间的协同进化，未来通过精准改造NodD蛋白，不仅有望订制适应特定作物的高效固氮菌株，还可以推动水稻、玉米等非豆科作物创建类似共生关系，进而减少农业对化肥的依赖。