Nat. Commun.| 百脈根與根瘤菌共生研究取得新進展

2021-03-04 植物研究進展

2018年2月5日，Nature Communications在線發表了日本筑波大學Takuya Suzaki為通訊作者的題為「A NIN-LIKE PROTEIN mediates nitrate-induced control of root nodule symbiosis in Lotus japonicus」的研究論文。

 

百脈根（Lotus japonicus）是一種多年生溫帶牧草植物，具有有利於基因組學研究的特徵，如：生命周期短(2-3月)、自交結實、相對較小(472.1 Mb)的二倍體基因組(n=6)等。百脈根首次被作為模式植物是在豆科類植物的遺傳研究中，後來才應用於基因組學研究領域。

豆科植物和根瘤菌在根部建立起互利共生關係。為了平衡與共生相關的所得與供給，植物進化出兩種策略以適應土壤中氮素可利用性：植物可以調節根瘤數量和/或阻止根瘤的發展或抑制其功能。儘管前者是通過結瘤自動調節（一種系統性的遠程信號），但後者的調控機制仍然是未知的。該研究發現，百脈根NITRATE UNRESPONSIVE SYMBIOSIS 1（NRSYM1）基因編碼一種NIN-LIKE PROTEIN轉錄因子，在硝酸鹽誘導的根瘤共生多效性控制中起著重要調控作用。百脈根響應硝酸鹽，NRSYM1在細胞核中積累，並直接調節CLE-RS2的合成，CLE-RS2是來源於根的移動肽，其負調控根瘤數量。

 

該研究揭示了植物響應氮環境以及調控共生以獲得正常生長的遺傳基礎。

 

Fig.9 Model for the control of root nodule symbiosis in response to nitrate.

推薦閱讀：

日本學者揭示karrikin受體可增強擬南芥抗旱性

Nat. Commun.|日本科學家揭示赤黴素信號調控新機制

相關焦點

  • 根瘤菌與豆科植物共生互作界面形成與調控機制方面取得進展
    根瘤菌與豆科植物(Rhizobia-Legume)共生固氮體系是自然界固氮效率最高、固氮量最大的生物固氮系統有效利用豆科植物與根瘤菌的共生固氮，對農業可持續發展意義重大。根瘤菌與豆科植物的共生互作產生了一個新的植物器官——根瘤(Nodule)。根瘤中的共生體(Symbiosome)是共生細胞中一種特殊的細胞器，也是最基本的固氮單元。共生體是由類菌體(Bacteroids)和一層植物起源的共生體膜結構共同組成。
  • 為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮?中國科學家取得重大發現,或有...
    早在1888年，德國科學家就發現豆科植物與根瘤菌共生可以將空氣中的氮氣轉化成植物需要的氮素營養。然而，100多年來，「為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮」的問題一直困擾著該領域的研究者。今天，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊在國際頂尖學術期刊《自然》上發表論文，研究揭示豆科植物皮層細胞獲得SHR-SCR幹細胞分子模塊，使其有別於非豆科植物。這可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件，回答了「為什麼豆科植物能結瘤固氮」這一科學問題。氮元素是蛋白質與核酸等生命體的基本組成元素，參與植物的生長發育、物質合成與代謝等一系列生物學過程。
  • 為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮？中國科學家取得重大發現，或有助於減少農業汙染
    早在1888年，德國科學家就發現豆科植物與根瘤菌共生可以將空氣中的氮氣轉化成植物需要的氮素營養。然而，100多年來，「為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮」的問題一直困擾著該領域的研究者。今天，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊在國際頂尖學術期刊《自然》上發表論文，研究揭示豆科植物皮層細胞獲得SHR-SCR幹細胞分子模塊，使其有別於非豆科植物。這可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件，回答了「為什麼豆科植物能結瘤固氮」這一科學問題。氮元素是蛋白質與核酸等生命體的基本組成元素，參與植物的生長發育、物質合成與代謝等一系列生物學過程。
  • 中國科學家破解豆科植物與根瘤菌共生固氮秘密
    央廣網上海12月10日消息（記者吳善陽）早在1888年，德國科學家發現豆科植物與根瘤菌共生可以將氮氣轉化成植物需要的氮素營養。一百多年來，對豆科植物-根瘤菌共生固氮的研究一直是生物學研究的熱點前沿領域。其中，「為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮」的問題一直困擾著該領域的研究者。
  • Nature Communications | 合萌的結瘤遺傳學研究揭示了根瘤菌與豆科植物共生的機制!
    主要對兩種溫帶模式豆科植物Medicago truncatula和Lotus japonicus進行了深入研究，獲得了控制豆科植物-根瘤菌共生關係建立和運作的重要信息。中科院植生所王二濤團隊揭示豆科植物與根瘤菌共生固氮的關鍵模塊！
  • 生物學院陳文新院士課題組根瘤菌研究新成果在ISMEJ發表
    根瘤菌在條件適宜的情況下可以誘導豆科植物形成根瘤，在侵染根瘤細胞後，分化為「類菌體」並固定空氣中的氮氣。這些被固定的氮素能夠替代化學氮肥促進豆科植物生長。這一共生固氮體系在減施化學氮肥，促進農業可持續發展，降低面源汙染方面具有重要的生態學意義。
  • 【光明日報】中國科學家發現豆科植物與根瘤菌共生固氮的秘密
    早在1888年，德國科學家發現豆科植物與根瘤菌共生可以將氮氣轉化成植物需要的氮素營養。在豆科植物-根瘤菌共生中，豆科植物為根瘤菌提供合適的固氮環境及生長所必須的碳水化合物；作為回報，根瘤菌將氮氣轉變成含氮化合物，滿足豆科植物對氮元素的需求。另外，固定的氮素也會釋放到土壤中，被其他植物利用。
  • 為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮？百年難題被破解
    一百多年來，「為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮」的問題一直困擾著該領域的研究者。中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊近日在國際頂尖學術期刊《自然》上發表了一項研究，解答了「豆科植物有別於非豆科植物能夠結瘤固氮」這一科學問題。12月10日，該研究成果論文在線發表於《自然》。
  • 科學家揭示豆科植物能與根瘤菌共生固氮機制—新聞—科學網
    豆科植物根瘤發育機制 中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤團隊在豆科植物根瘤發育研究中獲重大發現，研究揭示豆科植物皮層細胞獲得SHR-SCR幹細胞分子模塊，使其有別於非豆科植物。這可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件，回答了「為什麼豆科植物能結瘤固氮」這一科學問題。12月10日，該研究成果論文在線發表於《自然》。 氮素是蛋白質與核酸等生命體的基本組成元素，參與植物的生長發育、物質合成與代謝等一系列生物學過程。空氣中氮元素豐富，但植物不能直接利用。當前，農業生產主要通過大量施用氮肥來提高作物產量，人工合成氮肥不僅耗費大量的能源，也造成了嚴重的生態環境汙染。
  • 上海科學家解答生物學熱點難題 為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮
    早在1888年，德國科學家發現豆科植物與根瘤菌共生可以將氮氣轉化成植物需要的氮素營養。100多年來，「為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮」的問題一直困擾著該領域的研究者。中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤團隊今天在國際頂尖學術期刊《自然》發表論文，研究揭示豆科植物皮層細胞獲得SHRSCR幹細胞分子模塊，使其有別於非豆科植物，從而回答了百餘年來的這一科學難題。
  • 科學家揭示豆科植物能與根瘤菌共生固氮機制
    本報訊（記者黃辛）中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤團隊在豆科植物根瘤發育研究中獲重大發現，研究揭示豆科植物皮層細胞能獲得SHR-SCR幹細胞分子模塊，使其有別於非豆科植物。這可能是豆科植物共生結瘤固氮的前提事件，回答了「為什麼豆科植物能結瘤固氮」這一科學問題。12月10日，該研究成果論文在線發表於《自然》。
  • 研究揭示叢枝菌根共生與根瘤共生的協同進化機制
    植物根系與微生物建立共生是長期共進化的過程。叢枝菌根共生形成於4億6千萬年前，其共生信號通路被豆科植物進一步利用，參與建立豆科植物與固氮根瘤菌的共生。然而，對AM真菌與根瘤菌在陸地生態系統中的相互作用和協同進化卻知之甚少。生物間的協同進化依賴於相互作用，特別是生物體之間的合作和競爭。根周圍的區域稱為根際，該微環境代表了植物-微生物和微生物-微生物相互作用的主要生態位。
  • 華中農業大學在納米酶介導的生物固氮研究中取得新進展
    該論文報導了一種具有抗氧化活性的鐵酸鈷納米酶（CoFe2O4-NPs），並深入解析了其在調控大豆共生固氮協同效應的作用機制。　　化學氮肥的施用，在補充作物氮素營養、提高作物產量、保障糧食安全方面發揮了巨大作用，但近年來，其與生態環境及農業可持續發展的矛盾日益凸顯。因此，尋求一種高效利用資源、環境友好的新氮素來源勢在必行。
  • 科學網—共生固氮:根瘤菌的「精準扶貧」
    這是根瘤菌進入大豆的根系內並形成根瘤，與大豆共生固氮，供給大豆氮素營養需求，促進其生長和蛋白含量提高。 近日，國家重點基礎研究發展計劃「作物—固氮根瘤菌特異與廣譜共生的分子機理與設計」年度檢查暨大豆根瘤菌田間應用示範諮詢論證會在鄭州召開。與會專家表示，精準選育優良根瘤菌、在氮素相對貧瘠的土壤中使用好根瘤菌菌劑，才能最大限度地發揮出共生固氮效果，實現根瘤菌對大豆氮素需求的「精準扶貧」。
  • 研究揭示共生信號組分CERBERUS調控根瘤菌侵染的分子機制
    近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員謝芳團隊以CERBERUS is critical for stabilization of VAPYRIN during rhizobial infection in Lotus japonicu為題在國際學術期刊New Phytologist發表研究論文
  • 科學家在豆科植物根瘤發育研究中取得重大發現
    中國科學家在豆科植物根瘤發育研究中取得重大發現。早在八十年代，德國科學家就發現豆科植物與根瘤菌共生可以將氮氣轉化成植物需要的氮素營養。在豆科植物-根瘤菌的共生循環機制中，豆科植物為根瘤菌提供合適的固氮環境及生長所必需的碳水化合物；作為回報，根瘤菌將氮氣轉變成含氮化合物，滿足豆科植物對氮元素的需求。
  • 研究發現新型RING類別E3泛素連接酶
    類別的E3泛素連接酶，正調控結瘤的一個關鍵基因SIE3，這將有助於揭示泛素化修飾在豆科植物共生信號轉導及根瘤發育中作用和功能。 自2008年以來，農業微生物學國家重點實驗室張忠明研究組在The Plant cell，Plant physiology等國際知名學術期刊上發表多篇論文，獲得了豆科植物共生信號轉導途經及調控機制研究方面的不少重要成果。
  • 微生物源的植物生長促進劑研究新進展
    第二類的根瘤菌、聯合固氮菌、PGPR、菌根真菌（如AM菌根）研究也較多。目前對於根瘤形成的早期過程、階段，根瘤的結構功能，結瘤基因nod，固氮基因nif、 fix的結構功能、調節均研究較清楚。已查明nif固氮基因有10個，fix固氮基因已達16個。同時研究還發現吸氫酶基因、胞外多糖基因和脂多糖基因與共生固氮作用有關。
  • 金斯瑞科普|固氮共生新突破
    然而目前，苜蓿中MAPK信號通路對於共生固氮、根瘤發育的調控機制人們仍知之甚少。本文利用SIMKK下調和過表達株系研究了SIMK激酶對苜蓿根毛、根瘤形成及生長發育的影響，這項為基於MAPK信號傳導途徑的紫花苜蓿生物技術改良打開了新的大門。
  • 分子植物卓越中心等揭示叢枝菌根共生與根瘤共生的協同進化機制
    12月9日，Molecular Plant在線發表中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究組及合作團隊完成的研究論文Mycorrhizal Symbiosis Modulates the Rhizosphere Microbiota to Promote Rhizobia Legume Symbiosis，該研究通過定量微生物組、微生物共發生網絡及微生物群回接實驗等，揭示叢枝菌根共生與根瘤共生系統在植物根際層面的互作機制