Science | 英国剑桥大学研究揭示豆科植物根瘤是如何过渡到固氮状态的机制！

一些被子植物（包括豆科植物）与根瘤内的固氮细菌相关联。豆科植物在根瘤中共生细菌的帮助下将大气中的氮转化为对生物有用的铵。大部分结瘤发育是由转录因子NODULE INCEPTION (NIN) 控制的。本研究表明NIN被蛋白水解处理以释放一个片段，当根瘤获得固氮能力时，该片段可调节根瘤形成的后期阶段。科研人员鉴定了类NIN蛋白 (NLP) 转录因子家族的成员作为豆血红蛋白表达的调节蛋白，通过豆科植物中共享的一个不寻常的启动子基序起作用。

结瘤为细菌固氮酶将氮转化为铵创造了低氧环境。NIN促进了细胞内细菌侵染的结瘤启动和促进，部分是通过激活NUCLEAR FACTOR-Y SUBUNIT A1（NF-YA1）、NODULE PECTATE LYASE（NPL）、CYTOKININ RESPONSE 1（CRE1）和LATERAL ORGAN BOUNDARIES DOMAIN 16（LBD16）。NIN还通过促进根-茎-根信号传导的移动CLE肽控制根瘤数量。NIN是少数几个在进化过程中持续丢失结瘤的基因之一。

2021年10月29日，国际顶级学术期刊Science发表了英国剑桥大学塞恩斯伯里实验室Giles Oldroyd教授（英国皇家学会Giles Oldroyd院士在植物微生物互作领域取得一系列进展！Science | 重磅！剑桥大学Giles Oldroyd课题组阐述植物通过共生微生物促进养分吸收！）团队的最新相关研究成果，题为Processing of NODULE INCEPTION controls the transition to nitrogen fixation in root nodules的研究论文。

豆类根瘤为细胞内细菌共生体创造了一个环境，以固定大气中的氮。NIN控制着结瘤起始的许多方面，本研究证明它还通过信号肽酶复合物的蛋白水解过程调节向固氮的转变。NIN的表达会产生一个含有DNA结合基序的羧基末端NIN片段，它激活一组与共生体发育和固氮相关的基因。在蒺藜苜蓿和百脉根中观察到类似NIN过程，这意味着细胞状态转换的保守机制。这些发现解释了豆科植物根瘤如何转变为固氮状态，以及单个转录因子可以调节固氮激活和调节所需的许多不同发育过程的机制。

图 1. 在结瘤形成过程中的NIN

图 2. DNF1复合物介导的NIN在向固氮过渡期间的表达

图 3. NIN对于早期和晚期结瘤相关基因表达是必要和充分的

图 4. 依赖DNF1的NIN在百脉根中是保守的

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