[豆科植物莫非有自己的“氮加工厂”?上海科学家发现其间奥妙!]

豆科植物莫非有自己的“氮加工厂”?上海科学家发现其间奥妙!
图说:王二涛研讨员 新民晚报记者 郜阳 摄

植物从苗苗茁壮成长,少不了氮素的奉献。尽管空气中氮元素丰厚,但它却不“与人方便”——植物无法直接运用。为了进步作物产值,人们很多施用氮肥,但这是把双刃剑:产值提升了,却也造成了严峻的环境污染,典型体现便是水体富养分化严峻。数据显现,我国耕地面积占世界7%,却运用了全球35%的氮肥。
要知道,氮气的三键被打破才干为生物学上所用,且非生物固氮会耗费很多的动力。早在1888年,德国科学家发现豆科植物与根瘤菌共生可以将氮气转化成植物需求的氮素养分。这对“共生体”中,豆科植物为根瘤菌供给适宜的固氮环境及成长所有必要的碳水化合物;作为报答,根瘤菌将氮气转变成含氮化合物,满意豆科植物对氮元素的需求。而且,固定的氮素也会释放到土壤中,被其他植物运用。这就不难了解,大豆、小麦、玉米轮作的一片土地可以少上肥,却与运用农业化肥栽培小麦、玉米的土地比较,产值相差无几。

图说:王二涛研讨员在调查植物研讨资料 来历/中科院分子植物科学杰出立异中心(下同)

有意思的是,可以与固氮细菌共生固氮的物种只散布于豆目、蔷薇目、葫芦目和壳斗目中。百年多来,对豆科植物-根瘤菌共生固氮的研讨一向是生物学研讨的热门前沿范畴。其间,“为什么豆科植物能与根瘤菌共生固氮”的问题一向困扰着该范畴的研讨者。
经过8年科研攻关,北京时间今日(10日)清晨,中国科学院分子植物科学杰出立异中心王二涛研讨团队在世界顶尖学术期刊《天然》(Nature)上宣布论文,提醒豆科植物皮层细胞取得SHR-SCR干细胞分子模块,使其有别于非豆科植物,解开了上述问题之谜。
王二涛自2013年留学归国起,就投入了豆科植物与根瘤菌共生固氮范畴,在此之前,根瘤开始发育范畴几乎是一张白纸。研讨团队斗胆假定:豆科植物的细胞命运和非豆科植物不同。他们经过试验发现,在豆科植物进化过程中,豆科植物干细胞要害基因SCR在皮层细胞表达,另一个干细胞要害转录因子SHR在维管束表达后移动到皮层细胞,两者结合发生“奇特魔法”——豆科植物皮层细胞具有了割裂的潜能。由此,豆科植物与非豆科植物走上了不同的命运。在豆科植物苜蓿中,SHR与SCR结合构成的干细胞分子模块可以被根瘤菌的信号激活,诱导皮层割裂,然后构成根瘤。

图说:苜蓿根瘤器官

更令科学家们振奋的是,当SHR-SCR干细胞模块植入非豆科植物拟南芥和水稻皮层细胞时,这些皮层细胞相同具有了割裂才能。这一发现标明,豆科植物的皮层细胞取得了SHR-SCR干细胞程序模块可能是豆科植物共生结瘤固氮的前提条件。
“这项作业发现了操控豆科植物和根瘤共生固氮的要害分子模块,不只加深了人们对共生固氮的了解,也为非豆科植物皮层细胞命运的改造奠定了根底。”王二涛表明,“这一发现为往后削减作物对氮肥的依靠供给了新的思路。”
当然,想让非豆科植物和根瘤菌共生固氮还有漫绵长路。科学家们下一步要做的,是进一步润饰非豆科植物,看看它们能否“筑巢”引来根瘤菌,并“调和共处”。
新民晚报记者?郜阳

发表评论

邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注