在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，土壤氮素的缺乏是制約植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。大氣中約78%都是氮?dú)?，但植物無(wú)法直接利用這一形式的氮，必須要將其轉(zhuǎn)化為可以同化的形式。合成氮肥的使用雖然提高了全球糧食產(chǎn)量，但也帶來(lái)了資源消耗和環(huán)境污染等問(wèn)題。相比之下，豆科植物通過(guò)與固氮根瘤菌建立共生關(guān)系，能夠有效將大氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氨，不僅滿足了自身氮素需求，還減少了對(duì)工業(yè)氮肥的依賴，這種共生關(guān)系展現(xiàn)出高度的特異性。近日，美國(guó)肯塔基大學(xué)Hongyan Zhu教授團(tuán)隊(duì)在aBIOTECH?發(fā)表了題為““Enacting partner specificity in legume-rhizobia symbioses”?的綜述論文。 文章深入闡述了豆科植物與根瘤菌之間的共生發(fā)展機(jī)制，并系統(tǒng)介紹了二者的共生過(guò)程：從豆科植物根系釋放異黃酮吸引根瘤菌，到激活根瘤菌結(jié)瘤（nod）基因的表達(dá)，以及這些基因如何合成誘導(dǎo)結(jié)瘤的信號(hào)分子（Nod因子）。同時(shí)，文章還探討了根瘤菌表面多糖和分泌蛋白對(duì)豆科植物-根瘤菌共生關(guān)系的影響。
文章通過(guò)遺傳和分子機(jī)制揭示了如何調(diào)控這種共生特異性，以提高結(jié)瘤能力和固氮效率。研究發(fā)現(xiàn)，不同的植物-細(xì)菌配對(duì)組合展現(xiàn)了不同的固氮效率，這種差異與宿主和細(xì)菌的特定基因及其信號(hào)通路密切相關(guān)。豆科植物通過(guò)特定的受體蛋白識(shí)別相兼容根瘤菌分泌的Nod因子，這是確保建立成功共生關(guān)系的關(guān)鍵（圖1）。
圖1?影響豆科植物與根瘤菌共生固氮特異性的因素
文章還討論了將根瘤菌的結(jié)瘤固氮能力轉(zhuǎn)移到非豆科植物的可能性，這可能為非豆科植物提供新的氮素來(lái)源，提升作物生產(chǎn)力和農(nóng)業(yè)可持續(xù)性。通過(guò)深入理解豆科植物和根瘤菌間的特異性互作機(jī)制，研究人員不僅可以開發(fā)提升豆科作物的氮素利用效率的新策略，還有望將這種生態(tài)友好的生物固氮方式應(yīng)用于更廣泛的農(nóng)作物種類，為全球農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供新的解決方案。
引用本文：Yu, X., Zhu, H. Enacting partner specificity in legume–rhizobia symbioses.?aBIOTECH?(2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00193-1
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