揭示豆科植物共生固氮的奥秘

来源：中科院之声

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完成单位：中国科学院分子植物科学卓越创新中心 

农业生产主要通过大量施用氮肥来提高作物产量，不仅耗费大量能源，也造成了严重的生态环境污染。豆科植物共生固氮，可以使豆科植物生长不依赖化肥，同时降低农业化肥污染。130多年来，研究人员一直试图揭示“为什么豆科植物能与根瘤菌共生固氮”这一科学问题。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队发现豆科植物干细胞关键基因SCR在皮层细胞表达，另一个干细胞关键转录因子SHR在维管束表达后移动到皮层细胞，这样豆科植物的皮层细胞获得了SHR-SCR干细胞分子模块。该干细胞分子模块赋予豆科植物皮层细胞分裂能力，使豆科植物的皮层与非豆科植物不同。该分子模块能够被根瘤菌的信号激活，诱导皮层分裂，形成根瘤。在非豆科植物拟南芥和水稻根中异位过量表达SHR-SCR分子模块可诱导根皮层细胞分裂，表明豆科植物的皮层细胞获得了SHR-SCR干细胞程序模块是豆科植物共生结瘤固氮的前提事件，为提高豆科植物固氮效率和非豆科植物共生奠定了理论基础。相关成果于2020年12月9日在线发表在《自然》杂志上。该研究得到中科院战略性先导科技专项（B类）“植物特化性状形成及定向发育调控”等的支持。

MtSHR-MtSCR干细胞模块赋予豆科植物与根瘤菌共生固氮的分子机制