中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員王二濤團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，豆科植物具有一套巧妙的“信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)”，能夠精準(zhǔn)辨別根瘤菌，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的類受體激酶蛋白MtLICK1/2則在識(shí)別過程中扮演了關(guān)鍵角色，解答了豆科植物如何與根瘤菌“友好相處”而又不失警惕的科學(xué)問題，并為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展帶來了新希望。5月6日，相關(guān)研究發(fā)表于《自然》。

在自然界中，豆科植物與根瘤菌的“合作”堪稱典范——植物為根瘤菌提供住所（根瘤器官）和食物（光合產(chǎn)物），而根瘤菌則發(fā)揮“固氮工廠”的作用，將空氣中植物無法直接利用的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為可吸收的銨態(tài)氮。這種共生關(guān)系不僅高效環(huán)保，還能減少植物生長對(duì)化學(xué)氮肥的依賴，對(duì)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展意義重大。

王二濤團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過漫長的演化，植物逐步發(fā)展出一套“感知系統(tǒng)”，能夠通過識(shí)別不同長度的幾丁質(zhì)殼聚糖區(qū)分“敵友”。更巧妙的是，植物體內(nèi)存在一套時(shí)空特異的“免疫抑制”系統(tǒng)，使得共生菌侵染植物細(xì)胞時(shí)，既避免過強(qiáng)免疫反應(yīng)阻礙共生過程，又確保植物整體組織的免疫防御能力不受損。但此前，這套特殊系統(tǒng)的作用機(jī)制并不明晰。

王二濤團(tuán)隊(duì)此次研究發(fā)現(xiàn)，豆科植物具有一套巧妙的“信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)”。當(dāng)根瘤菌靠近時(shí)，植物會(huì)分泌一種名為“結(jié)瘤因子”的信號(hào)分子，細(xì)胞表面的受體蛋白MtNFP和MtLYK3則能夠識(shí)別這一信號(hào)，其中只有MtLYK3具備“激活開關(guān)”的功能。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在信號(hào)在植物細(xì)胞內(nèi)傳遞過程中，MtLICK1/2扮演了關(guān)鍵角色。一方面，MtLICK1/2能夠幫助植物“開門迎客”，通過與MtLYK3“握手”激活共生信號(hào)通路，最終促使植物形成根瘤器官，允許根瘤菌進(jìn)入植物細(xì)胞共生固氮。另一方面，MtLICK1/2還能幫助植物“關(guān)門御敵”，在根瘤菌侵染初期迅速抑制免疫反應(yīng)，避免植物對(duì)根瘤菌“誤傷”；待共生關(guān)系建立后，又能精準(zhǔn)把控植物的免疫穩(wěn)態(tài)，有效抵御病原菌的侵染。這種調(diào)控模式就像植物的“智能門禁系統(tǒng)”，而MtLICK1/2就如同那個(gè)既能識(shí)別友軍，又能阻擋敵人的“衛(wèi)兵”，在植物與微生物的互作中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

MtLICK1/2的雙重功能。圖片由研究團(tuán)隊(duì)提供

目前，大豆、花生等豆科植物能天然固氮，但水稻、小麥等主糧作物不具備這種能力，生產(chǎn)上依賴大量氮肥。王二濤指出，如果后續(xù)能在其他作物中“安裝”類似的共生系統(tǒng)，未來或許能讓糧食作物也實(shí)現(xiàn)“自給自足”，大幅減少化肥使用，推動(dòng)綠色農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。