河南大学首次发表Science论文,在共生固氮领域取得重大突破

2021
10/09

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生物世界
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这项研究提出了可以增强地球生物圈中碳平衡和氮平衡的方法。

撰文|王聪
编辑|王多鱼
排版|水成文

众所周知,氮气在空气中的占比高达78%,是空气中的最主要成分。但只有少数原核生物如某些细菌、放线菌等能够将空气中的氮气转化为可以被植物吸收利用的氮素,这一过程也被称为 生物固氮

自然界中的豆科植物,能够与固氮微生物根瘤菌形成一种共生关系,根瘤菌入侵豆科植物的根系,形成根瘤,并帮助豆科植物实现固氮。这种共生固氮是整个地球生物圈中可用氮素的最大天然来源,对于农业生产自然生态平衡具有重要作用。

这种植物-细菌的共生固氮需要大量还原碳,因此可能收到植物可用光的调控,光在自然生态系统中驱动共生固氮,但光驱动共生固氮的具体分子机制尚不清楚。

2021年10月1日, 河南大学生命科学 王学路 教授、 孙世勇 教授 作为共同通讯作者,在国际顶尖学术期刊 Science 发表了题为: Light-induced mobile factors from shoots regulate rhizobium-triggered soybean root nodulation 的研究论文。据了解, 这是河南大学首次发表 Science 论文。


共生固氮 是一个耗能过程,植物可用光被认为是主要影响因素。在这篇论文中,研究团队证实了光诱导的大豆TGACG基序结合因子3/4 (GmSTF3/4) 和FLOWERING LOCUS T (GmFTs) 从大豆的枝条移动到根部,相互依赖地诱导根瘤的器官发生。

根瘤菌激活的钙和钙调素依赖性蛋白激酶
(CCaMK) 磷酸化GmSTF3,触发GmSTF3–GmFT2a复合物形成,从而直接激活根瘤发生和核因子Y (NF-YA1和NF-YB1) 的表达。

因此,该研究找到了将地上的光信号和地下的根瘤整合的信号通路——CCaMK-STF-FT,这条信号通路确保植物通知其根部地上环境已准备好可持续地提供共生所需的碳水化合物,进而开始源源不断的共生固氮过程。

更重要的是, 这项研究提出了可以增强地球生物圈中碳平衡和氮平衡的方法

论文链接:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh2890 
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关键词:
固氮,共生,植物,研究,论文

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