眾所周知，豆科植物有一個與眾不同的特殊技能：能將空氣中的氮氣變成氮素營養(yǎng)。1888年，德國科學家發(fā)現(xiàn)了其中的奧秘：豆科植物會在根部皮層“建造”一棟“房子”，不僅供給根瘤菌“居住”，還提供“水電煤”服務。而根瘤菌的回報是化身為固氮工廠，源源不斷地為“房東”提供合成蛋白質(zhì)所需的氮元素營養(yǎng)。

　　然而，為什么只有豆科植物會“造房子”租給根瘤菌，兩者究竟簽訂了一份怎樣的“租房合同”？這一看似簡單的問題卻一直困擾著科學家們。中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心王二濤研究團隊最近給出了一個極為重要的答案：豆科植物皮層細胞獲得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。相關論文于12月10日在國際頂尖學術期刊《自然》上發(fā)表。

　　要深究“為什么豆科植物能結(jié)瘤固氮”這樣一個常識中的科學問題，首先需要一個全新的科研思路?！拔覀冏隽艘粋€大但假設，認為結(jié)瘤固氮是因為豆科植物根部皮層細胞命運和非豆科植物不同?！蓖醵f，在此基礎上，科研團隊鑒定了超過50個控制細胞命運轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)錄因子，最終將目光鎖定在植物發(fā)育的干細胞程序關鍵模塊——SHR-SCR基因上。

　　可以把SCR基因和SHR基因看作是豆科植物為根瘤菌造房子的“混凝土”和“鋼筋”。首先，要在“工地”上合成“混凝土”。SCR基因會在豆科植物的皮層細胞表達，而在其他植物里卻只會在內(nèi)皮層表達。其次，要把“鋼筋”運動到“工地”上。SHR基因在豆科植物維管束表達蛋白，這些蛋白會移動到皮層細胞?！颁摻睢薄盎炷痢倍嫉轿恢?，豆科植物才開始“建房”：SHR-SCR干細胞分子模塊賦予皮層細胞分裂能力，使豆科植物的皮層與非豆科植物不同。

　　當研究人員在豆科植物苜蓿根中過量表達SHR-SCR分子模塊時，成功誘導皮層細胞分裂形成根瘤樣結(jié)構(gòu)。這驗證了SHR-SCR干細胞分子模塊的關鍵作用。

　　那么，究竟是豆科植物的漂亮“房子”讓根瘤菌心動不已，還是根瘤菌的出現(xiàn)讓豆科植物主動“建房”？王二濤認為，兩種情況可能同時存在，并相互促進。

　　找到豆科植物結(jié)瘤固氮獨特功能的關鍵分子模塊，更為重要的意義在于向非豆科植物固氮的道路上邁出了一大步。

　　植物的生長離不開氮元素。氮肥的使用讓農(nóng)作物產(chǎn)量大大增加，但也帶來了水體富營養(yǎng)化污染和加劇全球氣候變暖等負面影響。而通過工業(yè)方法將氮氣合成氨鹽，需要耗費大量能量。與此相比，豆科植物與根瘤菌的生物固氮能力顯得尤為生態(tài)和環(huán)保?？上У氖?，在植物界，能夠與固氮細菌進行共生固氮的物種只分布于豆目、薔薇目、葫蘆目和殼斗目中。

　　“我們現(xiàn)在知道了豆科植物是如何給根瘤菌建造房子的?！蓖醵f。科研團隊嘗試了在非豆科植物里也用“混凝土”和“鋼筋”造“房子”。他們在非豆科植物擬南芥和水稻根中異位過量表達SHR-SCR分子模塊，同樣誘導根皮層細胞分裂?！暗覀儍H僅讓非豆科植物造了‘房子’，但還沒有看到根瘤菌‘入住’的痕跡?！蓖醵硎荆恕胺孔印敝?，還有哪些因素吸引根瘤菌，還需要更多的科學研究。

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