原来豆科植物还有一套“智能门禁系统”，水稻、小麦表示很羡慕！

从发现豆科植物拥有自己的“氮加工厂”，到菌根共生的自我调节机制，再到植物如何精准识别“敌友”……从2013年归国加入中国科学院分子植物科学卓越创新中心以来，王二涛研究员就投入到解析植物“大脑”的各项研究中。研究越来越深入，故事也越来越扣人心弦！这一回，他发现了植物的“智能门禁系统”——豆科植物如何与根瘤菌“友好相处”而又不失警惕？

北京时间5月6日深夜，最新成果在国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）上在线发表。值得一提的是，这是今年以来，王二涛以通讯作者身份，在全球顶级三大学术期刊（《科学》《自然》《细胞》）上发表的第二篇高水平论文。

在自然界中，豆科植物与根瘤菌的“合作”堪称典范——植物为根瘤菌提供住所（根瘤器官）和食物（光合产物），而根瘤菌则发挥“固氮工厂”的作用，将空气中植物无法直接利用的氮气转化为可吸收的铵态氮。这种共生关系不仅高效环保，还能减少植物生长对化学氮肥的依赖，对可持续农业发展意义重大。

前期，王二涛团队的研究发现，植物进化出巧妙的感知系统，通过识别不同长度的几丁质壳聚糖精准区分共生微生物和病原微生物。更精妙的是，植物体内存在一套时空特异的“免疫抑制”系统，它能在共生菌侵染植物细胞时，精准调控免疫反应强度——既避免过强免疫反应对共生过程的阻碍，又确保植物整体组织的免疫防御能力不受损害。这一系统是豆科植物既“热情招待”根瘤菌，又能抵抗病原微生物侵害的保障。

这一回，王二涛团队揭开了这个系统的关键部分。研究发现，豆科植物具有一套巧妙的“信号识别系统”，能够精准辨别根瘤菌。当根瘤菌靠近时，会分泌一种名为“结瘤因子”的信号分子。植物细胞表面的受体蛋白MtNFP和MtLYK3能够识别这一信号，其中只有MtLYK3具备“激活开关”（激酶活性）的功能。

问题又来了，信号如何在植物细胞内传递？

研究团队发现，细胞质内的类受体激酶蛋白MtLICK1/2扮演了关键角色——它能与MtLYK3“握手”（蛋白之间的相互作用），并通过相互磷酸化激活共生信号通路，最终促使植物形成根瘤器官，允许根瘤菌进入植物细胞共生固氮。

MtLICK1/2 的双重功能

更令人惊叹的是，MtLICK1/2不仅帮助植物“开门迎客”，与根瘤菌建立共生，还能帮助植物“关门御敌”，调节免疫反应。在根瘤菌侵染初期，MtLICK1/2会迅速抑制免疫反应（包括活性氧爆发和防御基因表达等），避免植物对根瘤菌“误伤”。待共生关系建立后，它又能精准把控植物的免疫稳态，有效抵御病原菌的侵染。

“这种调控模式就像植物的智能门禁系统。”王二涛打比方说，“MtLICK1/2就如同一个既能识别友军，又能阻挡敌人的“卫兵”，在植物与微生物的互作中发挥着关键作用。”

新民晚报记者了解到，这项研究不仅解答了豆科植物如何与根瘤菌“友好相处”而又不失警惕的科学问题，还为农业绿色发展带来了新希望。目前，大豆、花生等豆科植物能天然固氮，但水稻、小麦等主粮作物不具备这种能力，生产上依赖大量氮肥。如果科学家能在其他作物中“安装”类似的共生系统，未来或许能让粮食作物也实现“自给自足”，大幅减少化肥使用，推动绿色农业高质量发展。

原标题：《原来豆科植物还有一套“智能门禁系统”，水稻、小麦表示很羡慕！》

栏目编辑：马丹 图片来源：中国科学院分子植物科学卓越创新中心

来源：作者：新民晚报 郜阳