Current biology | 福建农林大学研究揭示共生结瘤中的碳氮交换依赖于镁的摄入！

由于一个不可避免的因素：全球人口不断增加，世界正面临粮食安全挑战。迫切需要在不破坏环境和自然资源的情况下增加农业产量的可持续战略。可持续农业系统的一个组成部分可能涉及豆科作物的共生固氮（SNF）。豆科植物和根瘤菌之间的共生相互作用每年向农业系统注入4000 万吨氮 (N)。然而，豆科作物固定的氮仍仅占农业系统所有氮投入的不到四分之一。更好地理解和充分利用 SNF 可能会对可持续农业的发展做出重大贡献。

2022年9月1日，国际权威学术期刊Current Biology发表了福建农林大学陈志长团队的最新相关研究成果，题为Carbon-nitrogen trading in symbiotic nodules depends on magnesium import的研究论文。

共生固氮为全球农业系统提供了大量的氮，而环境或经济成本极低。共生的基础是豆科植物和根瘤菌之间发生的养分交换，但控制养分交换的关键调节因子在很大程度上是未知的。在这篇文章中，科研人员揭示了镁 (Mg) 是一种重要的营养因子，它优先在大豆根瘤的内皮层细胞中积累，与根瘤碳(C) 输入和氮 (N) 输出呈最正相关。科研人员进一步鉴定了一对Mg 转运蛋白基因 GmMGT4 和 GmMGT5，它们在根瘤皮层中特异性表达，调节根瘤Mg 输入和 C-N 转运过程。依赖 GmMGT4&5 的 Mg 输入激活了位于胞间连丝的 β-1,3-葡聚糖酶 GmBG2 的活性，从而使胞间连丝在根瘤内皮层细胞中对 C-N 转运具有渗透性。科研人员的研究发现了宿主植物微调根瘤C-N 交易以实现最佳生长的重要调节途径，这可能有助于优化大豆生产的养分管理。

图 1 根瘤中C-N 输运与 Mg 摄入的关系

图 2. GmMGT4&5的基因表达和蛋白定位

图 3. GmMGT4&5 依赖的 Mg 导入大豆根瘤

图 4. GmMGT4&5 敲低在根瘤中的 C-N 传输缺陷

图 5. Mg 通过影响根瘤中的胼胝质沉积来调节胞间连丝渗透性

图 6. GmBG2 活性被根瘤Mg 输入激活

图 7. 大豆根瘤中Mg 依赖 C-N 交换的拟议模型

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