本報訊（記者黃辛）中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王二濤團隊在豆科植物根瘤發(fā)育研究中獲重大發(fā)現(xiàn)，研究揭示豆科植物皮層細胞能獲得SHR-SCR干細胞分子模塊，使其有別于非豆科植物。這可能是豆科植物共生結(jié)瘤固氮的前提事件，回答了“為什么豆科植物能結(jié)瘤固氮”這一科學(xué)問題。12月10日，該研究成果論文在線發(fā)表于《自然》。

　　氮素是蛋白質(zhì)與核酸等生命體的基本組成元素，參與植物的生長發(fā)育、物質(zhì)合成與代謝等一系列生物學(xué)過程。空氣中氮元素豐富，但植物不能直接利用。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要通過大量施用氮肥來提高作物產(chǎn)量，人工合成氮肥不僅耗費大量的能源，也造成了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染。

　　100多年來，對豆科植物—根瘤菌共生固氮的研究一直是生物學(xué)研究的熱點前沿領(lǐng)域。其中，“為什么豆科植物能與根瘤菌共生固氮”的問題一直困擾著該領(lǐng)域的研究者。

　　“SHR-SCR是植物發(fā)育的干細胞程序關(guān)鍵模塊，在植物干細胞區(qū)域和內(nèi)皮層表達?！蓖醵嬖V《中國科學(xué)報》，這項研究發(fā)現(xiàn)在豆科植物進化過程中，豆科植物干細胞關(guān)鍵基因SCR在皮層細胞表達，另一個干細胞關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子SHR在維管束表達后移動到皮層細胞，這樣豆科植物的皮層細胞就獲得了SHR-SCR干細胞分子模塊。該干細胞分子模塊賦予豆科植物皮層細胞分裂能力，使豆科植物的皮層與非豆科植物不同。同時，該干細胞分子模塊能夠被根瘤菌的信號激活，誘導(dǎo)豆科植物苜蓿的皮層分裂，形成根瘤。

　　“近年來，我國氮肥施用泛濫，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重，這是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的重大問題之一?！敝袊茖W(xué)院院士、中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心主任韓斌表示，該項工作發(fā)現(xiàn)了控制豆科植物根瘤共生固氮的關(guān)鍵分子模塊，不僅加深了人們對共生固氮的理解，也為非豆科植物皮層細胞命運的改造奠定了基礎(chǔ)，為今后減少作物對氮肥的依賴、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供了新思路。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-3016-z

　　《中國科學(xué)報》 (2020-12-11 第1版 要聞)

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