摘要：在农业生态系统中，土壤氮素的缺乏是制约植物生长的关键因素。大气中约78%都是氮气，但植物无法直接利用这一形式的氮，必须要将其转化为可以同化的形式。合成氮肥的使用虽然提高了全球粮食产量，但也带来了资源消耗和环境污染等问题。相比之下，豆科植物通过与固氮根瘤菌建立共

在农业生态系统中，土壤氮素的缺乏是制约植物生长的关键因素。大气中约78%都是氮气，但植物无法直接利用这一形式的氮，必须要将其转化为可以同化的形式。合成氮肥的使用虽然提高了全球粮食产量，但也带来了资源消耗和环境污染等问题。相比之下，豆科植物通过与固氮根瘤菌建立共生关系，能够有效将大气中的氮气转化为氨，不仅满足了自身氮素需求，还减少了对工业氮肥的依赖，这种共生关系展现出高度的特异性。

近日，美国肯塔基大学Hongyan Zhu教授团队在aBIOTECH发表了题为““Enacting partner specificity in legume-rhizobia symbioses” 的综述论文。文章深入阐述了豆科植物与根瘤菌之间的共生发展机制，并系统介绍了二者的共生过程：从豆科植物根系释放异黄酮吸引根瘤菌，到激活根瘤菌结瘤（nod）基因的表达，以及这些基因如何合成诱导结瘤的信号分子（Nod因子）。同时，文章还探讨了根瘤菌表面多糖和分泌蛋白对豆科植物-根瘤菌共生关系的影响。

文章通过遗传和分子机制揭示了如何调控这种共生特异性，以提高结瘤能力和固氮效率。研究发现，不同的植物-细菌配对组合展现了不同的固氮效率，这种差异与宿主和细菌的特定基因及其信号通路密切相关。豆科植物通过特定的受体蛋白识别相兼容根瘤菌分泌的Nod因子，这是确保建立成功共生关系的关键（图1）。

图1 影响豆科植物与根瘤菌共生固氮特异性的因素

文章还讨论了将根瘤菌的结瘤固氮能力转移到非豆科植物的可能性，这可能为非豆科植物提供新的氮素来源，提升作物生产力和农业可持续性。通过深入理解豆科植物和根瘤菌间的特异性互作机制，研究人员不仅可以开发提升豆科作物的氮素利用效率的新策略，还有望将这种生态友好的生物固氮方式应用于更广泛的农作物种类，为全球农业持续发展提供新的解决方案。

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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来源：小何讲科学