Science ：中外科学家合作团队发现生物固氮起源和多样性新机制|研究

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2018年5月25日，中外科学家联合团队在Science在线发表了题为“Phylogenomics reveals multiple losses of nitrogen-fixing root nodule symbiosis”的研究论文。该研究提出了“多重独立丢失”新假说，并提供了比较进化基因组学分析的分子证据，更好地解释了现有共生结瘤固氮物种在被子植物中镶嵌分布的现象。

来源：BioArt植物公号（2018年5月25日）

氮素是植物所必需的养分之一，参与植物生长与发育、蛋白质和核酸结构组成、合成和代谢等一系列生物学过程。土壤氮素的重要来源之一是生物固氮作用，即大气中的分子态氮在微生物（固氮生物）体内由固氮酶催化还原为氨的过程。根据固氮微生物和与其互作生物的关系，一般分为共生固氮、自生固氮和联合固氮三种类型。共生固氮主要指豆科植物-根瘤菌体系，还有非豆科植物-放线菌固氮体系以及萍-蓝固氮体系。

豆科植物的根瘤（hot.pcpop.com）

2018年5月25日，中外科学家联合团队在Science在线发表了题为“Phylogenomics reveals multiple losses of nitrogen-fixing root nodule symbiosis”的研究论文。该研究提出了“多重独立丢失”新假说，并提供了比较进化基因组学分析的分子证据，更好地解释了现有共生结瘤固氮物种在被子植物中镶嵌分布的现象。

该研究首先测了10个具有代表性的植物全基因组序列，并结合已发表的相关近缘物种共37个植物基因组，通过比较系统进化基因组学研究（comparative genomics and phylogenomics），发现固氮遗传代谢通路上的关键的不可或缺的两个基因，NIN（NODULE INCEPTION）和RPG (RHIZOBIUM-DIRECTED POLAR GROWTH)，它们的丢失与固氮分支中非固氮植物丢失固氮性状正好相一致，进而解释了当前被子植物中固氮物种镶嵌分布规律背后真正的原因。

Genome features of species used in this study (Griesmann et al., Science, 2018).

Phylogenetic pattern of NFN symbiosis-related genes (Griesmann et al., Science, 2018).

该研究对于主流观点认为的共生固氮是由多次独立趋同进化而起源，或由共同祖先经过前体构建后再在不同科属中独自演化而形成的假说，均提出了质疑，颠覆了人们对于结瘤共生固氮起源和多样性的固有认知。同时，该研究也为生物固氮工程化提供了新的思路。

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