科學家們發(fā)現(xiàn)了豆類內(nèi)部控制攜氧分子產(chǎn)生的遺傳學，這對植物與固氮細菌的密切關系至關重要。
這一發(fā)現(xiàn)為其他植物提供了從細菌中產(chǎn)生氨的能力——減少了對依賴化石燃料且污染嚴重的作物施用合成肥料的需求。
豆科植物的根部是共生細菌的家園。這些細菌可以固定空氣中的氮，將其轉化為氨，這是植物的關鍵營養(yǎng)素。
作為回報，植物將細菌安置在根瘤中，提供糖分和氧氣。氧氣的量需要恰到好處以支持共生，細菌需要氧氣來為其化學反應提供燃料，但過多會抑制一種將空氣中的氮轉化為植物可以使用的氨的關鍵酶。
植物對這種“生物固氮的氧悖論”的解決方案是一種叫做豆血紅蛋白的分子。就像在我們的血液中攜帶氧氣的血紅蛋白一樣，豆血紅蛋白與氧氣結合并呈紅色;它使豆類根瘤呈粉紅色。直到現(xiàn)在還不清楚植物如何控制這種分子的產(chǎn)生量。
研究小組已經(jīng)確定了兩個轉錄因子，它們控制豆類根瘤中豆血紅蛋白的生成量。
“這為了解豆類植物如何創(chuàng)造固氮所需的微需氧環(huán)境提供了關鍵見解。這些知識可能有助于改善豆科植物的固氮，并且對于將根瘤轉移到非豆科作物至關重要，“通訊作者、CEPAMS 小組負責人 Jeremy Murray 博士解釋說。
Jeremy Murray 博士繼續(xù)說道，“雖然已經(jīng)確定了許多參與其他結瘤過程的基因，但這是直接涉及固氮控制的基因調(diào)控網(wǎng)絡的第一個突破。”
該研究由JIC植物與微生物科學卓越中心(CEPAMS)、分子植物科學卓越中心(CEMPS)Jeremy Murray博士小組的姜素玉博士領導的合作團隊進行。中國上?？茖W院，與 LIPME(法國圖盧茲大學)的 Pascal Gamas 博士和 Marie-Françoise Jardinaud 博士合作。
使用模型豆科植物，Medicago truncatula，研究小組研究了植物中的一個蛋白質(zhì)家族，其中有幾個成員在結瘤中起作用。他們研究了此類中的哪些蛋白質(zhì)是在共生外殼結節(jié)中產(chǎn)生的，發(fā)現(xiàn)有兩種——NIN 和 NLP2，當它們不活躍時，固氮作用就會降低。這表明它們參與固氮。
為了進一步調(diào)查，他們在沒有土壤的氣培系統(tǒng)中種植植物，以便能夠觀察根瘤，并發(fā)現(xiàn)缺乏 NIN 和 NLP2 的植物尺寸更小，并且具有更小、粉紅色更少的根瘤。仔細檢查后，他們的豆血紅蛋白水平較低。進一步的實驗發(fā)現(xiàn)，NIN 和 NLP2 直接激活了豆血紅蛋白基因的表達。
“這個研究項目純粹是出于好奇心，一開始我們只知道我們研究的轉錄因子在固氮細胞中高度特異性表達，我們最初不知道與豆血紅蛋白有任何聯(lián)系”，默里博士反映.
該研究還深入了解了這種重要共生關系的演變。他們發(fā)現(xiàn)轉錄因子家族的其他成員調(diào)節(jié)植物中發(fā)現(xiàn)的非共生血紅蛋白的產(chǎn)生，這些血紅蛋白參與植物對低氧水平的反應。
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