豆科植物與根瘤菌的結(jié)瘤共生固氮體系是自然界中固氮效率最高、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用最為廣泛的生物固氮系統(tǒng)，對(duì)保持農(nóng)業(yè)以及自然生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)和碳匯有重要意義。共生固氮消耗的能量主要來源于光合作用所固定的碳水化合物，然而，豆科植物如何依據(jù)光合產(chǎn)物供應(yīng)情況調(diào)整根瘤固氮反應(yīng)速率的分子機(jī)制尚待揭示。近期，河南大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)于2022年12月2日在《Science》雜志上發(fā)表題為“Phosphoenolpyruvate reallocation links nitrogen fixation rates to root nodule energy state”的研究論文，揭示了大豆響應(yīng)碳源供給調(diào)控根瘤固氮效能的分子機(jī)理。

研究團(tuán)隊(duì)在大豆中鑒定了一對(duì)在根瘤特異高表達(dá)的能量感受器蛋白GmNAS1和GmNAP1。研究發(fā)現(xiàn)，GmNAS1可以直接結(jié)合AMP從而與GmNAP1在線粒體膜上形成異源二聚體，在碳源供應(yīng)增加導(dǎo)致根瘤能量狀態(tài)上升時(shí)，AMP含量降低，促使GmNAS1-GmNAP1異源二聚體解離，形成GmNAS1-GmNAS1和GmNAP1-GmNAP1同源二聚體，之后形成的同源二聚體會(huì)與一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子GmNFYC10a互作并將其錨定到線粒體上，從而減少細(xì)胞核中的GmNFYC10a水平，抑制丙酮酸激酶基因表達(dá)，進(jìn)而減少了磷酸烯醇式丙酮酸向丙酮酸的轉(zhuǎn)化，使更多磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)化為草酰乙酸和蘋果酸，從而增強(qiáng)類菌體的碳源供應(yīng)和根瘤固氮能力。

這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)合成高效利用碳源的共生固氮系統(tǒng)提供了重要依據(jù)，為高效固氮作物的分子設(shè)計(jì)提供了新的思路。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq8591

摘自科技部網(wǎng)站：https://www.most.gov.cn/gnwkjdt/202212/t20221228_184109.html