早在1888年，德國(guó)科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)豆科植物與根瘤菌共生可以將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化成植物需要的氮素營(yíng)養(yǎng)。然而，100多年來(lái)，“為什么豆科植物能與根瘤菌共生固氮”的問(wèn)題一直困擾著該領(lǐng)域的研究者。今天，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王二濤研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表論文，研究揭示豆科植物皮層細(xì)胞獲得SHR-SCR干細(xì)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(wèn)題。

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

　　1888年，德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)豆科植物與根瘤菌共生可以將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化成植物需要的氮素營(yíng)養(yǎng)。在豆科植物-根瘤菌共生中，豆科植物為根瘤菌提供合適的固氮環(huán)境及生長(zhǎng)所必須的碳水化合物；作為回報(bào)，根瘤菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)變成含氮化合物，滿足豆科植物對(duì)氮元素的需求。另外，固定的氮素也會(huì)釋放到土壤中，被其他植物利用。

　　一百多年來(lái)，對(duì)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(diǎn)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(wèn)題一直困擾著該領(lǐng)域的研究者。王二濤研究團(tuán)隊(duì)此次的研究可以說(shuō)回答了“為什么豆科植物能結(jié)瘤固氮”這一科學(xué)問(wèn)題。

　　研究表明，SHR-SCR是植物發(fā)育的干細(xì)胞程序關(guān)鍵模塊，在植物干細(xì)胞區(qū)域和內(nèi)皮層表達(dá)。該研究發(fā)現(xiàn)在豆科植物進(jìn)化過(guò)程中，豆科植物干細(xì)胞關(guān)鍵基因SCR在皮層細(xì)胞表達(dá)，另一個(gè)干細(xì)胞關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子SHR在維管束表達(dá)后移動(dòng)到皮層細(xì)胞，這樣豆科植物的皮層細(xì)胞獲得了SHR-SCR干細(xì)胞分子模塊。該干細(xì)胞分子模塊賦予豆科植物皮層細(xì)胞分裂能力，使豆科植物的皮層與非豆科植物不同。同時(shí)，該干細(xì)胞分子模塊能夠被根瘤菌的信號(hào)激活，誘導(dǎo)豆科植物苜蓿的皮層分裂，形成根瘤。

　　當(dāng)在豆科植物苜蓿根中過(guò)量表達(dá)SHR-SCR分子模塊時(shí)，可以誘導(dǎo)皮層細(xì)胞分裂形成根瘤樣結(jié)構(gòu)。在非豆科植物擬南芥和水稻根中異位過(guò)量表達(dá)SHR-SCR分子模塊同樣可以誘導(dǎo)根皮層細(xì)胞分裂，因此SHR-SCR分子模塊是植物皮層細(xì)胞分裂的充分必要條件，表明豆科植物的皮層細(xì)胞獲得了SHR-SCR干細(xì)胞程序模塊可能是豆科植物共生結(jié)瘤固氮的前提事件。

　　該項(xiàng)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(duì)共生固氮的理解，也為非豆科植物皮層細(xì)胞命運(yùn)的改造奠定了基礎(chǔ)，為今后減少作物對(duì)氮肥的依賴，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，降低對(duì)環(huán)境的污染提供了新思路。

　　文章鏈接：http://static.zhoudaosh.com/A95F9E31D29B115465476D24C9BA61A9666C6ABEADDA96A2F8D7962B65CEA710?preview=90356827