新民晚報訊（記者 郜陽）大豆、豌豆等豆科植物，有一位親密無間的好朋友根瘤菌。兩者的共生關系形成一座高效、天然的“固氮工廠”——根瘤。根瘤中的固氮根瘤菌能將大氣中的氮氣轉變成植物可利用的氨，不過這一過程得在低氧微環(huán)境下展開。

植物喜歡氧，細菌討厭氧，這可怎么辦？北京時間今天凌晨，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心杰睿（Jeremy Dale Murray）研究團隊在國際頂尖學術期刊《科學》（Science）上在線發(fā)表研究論文，闡述了豆科植物生物固氮調控的新機制。

與哺乳動物體內有血紅蛋白相似，豆科植物體內也有豆血紅蛋白。這也是為什么根瘤會呈粉紅色的原因——豆血紅蛋白含有鐵元素，當鐵與氧結合時會呈現(xiàn)紅色。杰睿介紹，為了提高根瘤菌的固氮能力，豆科植物會產生大量豆血紅蛋白來緊密結合根瘤中的氧氣，進而有效提高“固氮工廠”的工作效率。不過，科學家們對于豆科植物如何調控豆血紅蛋白基因的表達，一直沒有結論。

在中科院分子植物卓越中心助理研究員姜蘇育看來，包含了血紅素和蛋白質的豆血紅蛋白更像是一位“工具人”?！耙环矫娑寡t蛋白可以結合根瘤細胞中的氧氣，使根瘤細胞處于低氧微環(huán)境；同時，豆血紅蛋白還可以將氧氣釋放給固氮細菌供其呼吸。”

據了解，NLP家族是植物特有的一類轉錄因子，它能夠結合靶基因啟動子中的特殊“元件”來激活下游基因的表達，參與調節(jié)植物氮代謝過程。杰睿研究團隊發(fā)現(xiàn)，NLP家族中的兩個成員NLP2和NIN在根瘤中具有“高人一等”的表達量；在對NLP2突變體根瘤進行分析時，意外地發(fā)現(xiàn)當植物缺少了NLP2后，豆血紅蛋白基因的表達也受到了影響，同時根瘤的固氮能力下降?！癗LP2和NIN像一對姐妹，是同源基因。兩者相互合作，又有明確分工?！苯茴Ｑa充說。

研究團隊還發(fā)現(xiàn)，其他NLP能夠通過植物中普遍存在的硝酸鹽響應元件激活非共生血紅蛋白基因的表達。這表明“NLP-血紅蛋白”調控模塊與缺氧生存的作用在根瘤中得以延續(xù)，以解決生物固氮的氧氣悖論。

要知道，在農業(yè)生產中，人們往往施用大量工業(yè)氮肥來提高作物產量。我國氮肥利用率僅為30%左右。杰睿研究團隊的成果首次發(fā)現(xiàn)豆科植物NLP家族直接調控豆血紅蛋白表達，揭示了豆科植物如何建造“固氮工廠”的分子機制，為提高豆科植物的固氮能力提供了理論支撐。同時，這一成果也有助于水稻和玉米等非豆科植物實現(xiàn)自主固氮，進而減少工業(yè)化肥的使用，對節(jié)能減排和環(huán)境保護意義重大。

加拿大籍研究員杰睿2017年被中科院分子植物卓越中心引入，此前他在英國約翰·英納斯中心擔任課題組長。他長期聚焦可持續(xù)性農業(yè)及世界食物安全問題的研究，對有益微生物如何在細胞和分子水平與植物相互作用方面的研究成果受到國際認可，多次受邀請參加國際學術大會并做大會主題報告。“我在英國時就認識了王二濤研究員和謝芳研究員，兩人的研究領域也是共生固氮。不過，我們的側重點有所不同。當兩人先后來到上海后，我也決定加入到中科院分子植物卓越中心?！苯茴１硎尽?/p>

杰睿很享受在上海的科研生活，每天都過得很充實，也很受研究團隊成員的喜愛。他說：“在這兒，我有了更多的研究生，我能比以前做得更多更好?！敝锌圃悍肿又参镒吭街行母敝魅瓮跫褌ソ榻B，我國近年來對植物科學的投入越來越大，中心也充分發(fā)揮群體效應，在植物固氮領域的上中下游均有布局。為了方便杰睿在中國的科研，中心還為他配備了科研助理。

文章鏈接：https://wap.xinmin.cn/content/32053165.html