广东
日前，西南大学资源环境学院和德国布伦瑞克工业大学等单位在Science Advances期刊发表题为“Symbiotic peptides modulate rhizobial physiology without terminal differentiation”的研究论文。该研究在豆科固氮林木刺槐中鉴定出此前未知的系列根瘤特异性小肽类型，并进一步揭示其在调控根瘤菌固氮方面的重要潜在功能，为理解豆科林木与根瘤菌长期维持高效共生固氮机制提供了新的视角。西南大学资源环境学院分子生理生态研究中心为论文第一署名单位。西南大学胡斌博士和德国布伦瑞克工业大学植物生物研究所Robert Hänsch教授为论文共同第一作者。德国布伦瑞克工业大学植物生物研究所Kevin Oliphant博士（目前就职于英国牛津大学）为论文的通讯作者。
氮素是限制植物生长和陆地生态系统功能的重要养分元素之一。尽管大气中氮气含量丰富，但多数植物无法直接利用大气中的气态氮。而豆科植物可以通过与根瘤菌建立共生关系，在根部形成特化结构—根瘤，由根瘤菌将氮气还原为植物可吸收利用的铵，从而实现生物固氮过程。这一过程不仅在陆地森林生态系统氮循环中发挥了关键作用，也对农业生产和减少化学氮肥依赖具有重要意义。然而，具有不同生活史类型的豆科植物如何调控与根瘤菌共生体功能，尤其是豆科林木如何在多年生长周期中与根瘤菌保持稳定、高效且低损伤的共生固氮关系，仍是生物固氮领域尚未完全解决的重要科学问题之一。
研究团队在接种Mesorhizobium robiniae的刺槐根瘤中分离、鉴定出7个编码富含脯氨酸和甘氨酸的根瘤特异性小肽基因，并将其命名为NPG。通过表达分析显示，NPGs基因高度富集于根瘤处，在相邻的根组织中表达较低，且在茎和叶组织中几乎不表达。同时未接种刺槐的根中未检测到NPGs转录基因。进一步通过时间动态变化分析表明，NPGs表达并不发生于早期结瘤或预结瘤阶段，而是在根瘤形成并达到可分离大小后才会被诱导，并在接种后一年内持续维持较高表达水平。进一步研究发现，免疫荧光定位显示NPGs信号主要富集于刺槐根瘤中央固氮区的一部分受侵染宿主细胞中，呈点状分布，并位于根瘤菌边际但不进入细菌细胞内部。该定位实验结果表明，NPGs的累积与细胞侵染状态密切相关，同时参与调控了寄主-根瘤菌界面处的共生过程。
该研究揭示了刺槐-根瘤菌共生固氮体系中一种新的寄主调控机制。与常见的一年生豆科草本植物中常见的终末分化型调控不同，刺槐可通过特异性NPGs小肽调节根瘤菌的基因表达，在增强固氮功能的同时还可保持固氮菌的活性和增殖能力。这一发现不仅丰富了豆科植物-根瘤菌共生固氮的分子机制，也为理解多年生固氮林木能够维持长期稳定的固氮功能提供了新的理论依据。随着其后续分子机制的进一步解析，NPGs小肽及其介导的温和型调控策略将为可持续绿色农业发展和生物固氮研究开辟新的方向。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed2816
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