一种寻觅、一份坚持 科研人员破译豆科植物与根瘤菌“共舞”之谜
中新网上海1月9日电 (记者 郑莹莹)北京时间1月9日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心的杰睿·默里(Jeremy Murray)团队与张余团队合作在国际知名期刊《科学》(Science)上在线发表了一篇题为“类黄酮类化合物特异性结合激活根瘤菌NodD分子机制研究”的科研论文，这项突破性研究首次在分子层面解析了豆科植物与根瘤菌在该领域实现特异性识别的核心机制，进一步破解其“共生密码”。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员杰睿·默里(左)与研究员张余在讨论工作。(中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图)
在大豆等豆科植物的根系周围，悄然进行着一场精妙的合作。豆科植物为根瘤菌提供碳源；作为回报，根瘤菌凭借其固氮能力将空气中的氮气转化为植物可利用的养分，二者形成互惠互利的共生关系。
但这一合作的背后，还需要精准的“身份验证”流程。相关研究表明，豆科植物根系会分泌一种叫“类黄酮类化合物”的化学信号，它如同一把特制的“信号钥匙”。而根瘤菌细胞内的NodD蛋白就像“分子锁”，能识别与之匹配的“信号钥匙”，从而触发共生程序。
这一“分子锁”如何特异性识别该“信号钥匙”，进而实现如此“专一”的匹配？这是该领域尚未完全阐明的科学问题。
加拿大籍科研人员、中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员杰睿·默里在上海受访时把豆科植物与根瘤菌形容为搭档多年的舞伴，配合默契，了解彼此的一举一动。“豆科植物与根瘤菌已有约6000万年的共生互作关系，如果临时更换‘舞伴’，恐难合拍。”
该研究团队希望找到上述“舞伴”配合默契的“分子密码”，从而推出新的默契组合。“根瘤菌也许只是‘舞伴’类型之一，而植物也不限于豆科。”杰睿·默里说。
研究人员认为，这类精确识别源于长时间的协同进化。未来通过精准改造NodD蛋白，不仅有望“定制”适应特定作物的高效固氮菌株，还可以推动水稻、玉米等非豆科作物建立类似共生关系，进而减少农业对化肥的依赖。
杰睿·默里在受访时谈起研究这一科学问题的心路历程。“20世纪80年代，NodD蛋白就被发现了。不管对于植物学还是细菌学的研究者而言，好像最令人兴奋的发现已经完成了。当我们团队启动这一研究时，也被问为何还要‘浪费’时间继续研究？”
而此次突破性研究成果的完成，让他深信在科研路上，纵使外界有质疑之声，也要坚守方向，细致观察，再判断科研价值如何。(完)
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