來源：市場資訊

（來（lái）源：澎湃新聞）

在（zài）自然界中，豆（dòu）科（kē）植物（如大豆、苜蓿等）的（de）根部與根瘤（liú）菌通過共生形成的（de）根瘤器官（guān）是高的天然氮肥工廠。在該器官中，植物為根瘤菌提供（gòng）碳源（yuán），根瘤菌負責將空氣中的氮氣轉化為植物可利用形式的氮肥。但是（shì）豆科植物根係所處環境複雜，存在著（zhe）多種根瘤菌和其他（tā）細菌，植物是如何精準識別並隻允許（xǔ）“相匹配”的根瘤菌進入根部結（jié）瘤（liú）的呢？

北京時間（jiān）2026年1月9日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心Jeremy Murray團隊與張餘團隊作在國際期刊Science上在線發表題為（wéi）“The molecular basis of the binding and specific activation of rhizobial NodD by flavonoids（類黃酮類化物特異結激活根（gēn）瘤菌NodD分子機（jī）製研究）”的科研論文。

該研究次成功解（jiě）析了豌豆根瘤（liú）菌NodD蛋（dàn）白與類黃酮類化物（橙皮素）結的高分辨複物晶體結構，解析了NodD識別類黃（huáng）酮類（lèi）化物的機製，並揭示NodD中決定信號識（shí）別（bié）特異的關鍵結構元件。

豌（wān）豆根瘤菌NodD蛋白與橙皮素複物的結構示意圖。本文圖（tú）片均為 中國科學院分（fèn）子植（zhí）物科學卓越創新中心供圖

多年研究表明，豆（dòu）科植（zhí）物根係會分泌一種叫做“類黃酮類化物”的（de）化學信號，它如同一把特製的“信號鑰匙”。而根瘤菌細胞內一個名（míng）為NodD的轉錄因子，就（jiù）像“分子鎖”，能夠識別與之匹配的“信號（hào）鑰匙”，從而啟動共生程序（xù）。這一信（xìn）號識別與激活過程被普遍（biàn）認為是決定共生特異的關鍵環節。然而，根瘤（liú）菌的“分子鎖”NodD如（rú）何（hé）特異識別類黃酮類化（huà）物這把“化學信號鑰匙（shí）”，一（yī）直是該領域備（bèi）受關注且尚未完全闡明的科學（xué）問題。

這項新研（yán）究發現，豌豆根瘤菌（jun1）NodD蛋白的配體結結構（gòu）域通過兩個蛋白口袋識別橙皮素——一（yī）個結口袋位於NodD蛋白的（de）單體中，一個位於NodD蛋白的二聚界麵上，這種結（jié）構象在已知的NodD所在的（de）轉錄調控因子家族中尚屬次發現。進一步分析表明，NodD的三個關（guān）鍵結（jié）構元件，形（xíng）成識別配體（tǐ）的“結口袋”，能適配橙皮素等黃酮分子，卻不（bú）能適配像異黃酮和紫檀烷等其（qí）他類別的類黃酮類化物。這從結構的（de）角度解釋了為什麽根瘤菌NodD能（néng）夠特異地被類黃酮類分子所結激活。

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嵌體NodD能夠互補苜蓿根瘤菌（jun1）NodD突變體，恢複其（qí）在苜（mù）蓿上的（de）固氮結（jié）瘤能力。

研究人員進（jìn）一步比（bǐ）較了苜蓿根（gēn）瘤菌NodD與豌豆（dòu）根（gēn）瘤菌NodD，盡管二（èr）者整體相似度高達（dá）80%，但是它（tā）們對類黃酮類化物的響應“偏（piān）好”非常不同。豌豆（dòu）根瘤菌NodD主要響應黃（huáng）烷酮/黃（huáng）酮，而苜蓿根瘤菌（jun1）主要響應（yīng）查爾酮。通過區域交換實驗和大量的點突變實驗，研究人（rén）員鎖定了位於關鍵結構元件上的幾個關鍵氨（ān）基酸，正是這些區域（yù）的氨基酸（suān）殘基決定（dìng）了根瘤菌對不同類（lèi）黃酮（tóng）的響（xiǎng）應特異。

研（yán）究團隊通過將苜蓿根瘤菌NodD中的三（sān）個關鍵（jiàn）激活域“移植”到豌豆根瘤菌（jun1）NodD上，成功構建（jiàn）出一個“嵌體”NodD蛋白，改（gǎi）造之（zhī）後的豌豆根瘤菌NodD也能響應苜蓿根部分泌的類黃酮信（xìn）號，並（bìng）展現出和野生型苜蓿根瘤菌相（xiàng）似的結瘤固氮能力（lì）。這直接證明了正是這三個關鍵激活域，決定了豆科植物與根瘤菌之間的特異識（shí）別。

那（nà）麽（me），豆科植物與根瘤菌之間為（wéi）什麽需要這種特異呢？研（yán）究人員（yuán）認為（wéi），這（zhè）種（zhǒng）精確識別源於數百萬年在重疊棲息地中的協同進化。為了確保成功建立共生關（guān）係，每種豆科植物都（dōu）需要準確識別更適自己的根瘤菌菌株。它們互認的（de）機製是根瘤菌識別植物發出（chū）的獨特信號，而植物也識（shí）別根瘤菌反饋的特異信號，這有防止了多種豆科植物相鄰生長時（shí）發生配對混淆。

這項成果不僅解答了豆科植物與根瘤菌（jun1）如何通過類（lèi）黃酮與（yǔ）NodD實現信號特異識別這一科學問題，更開辟了人工（gōng）設（shè）計高固氮體係的新路徑。未來通過精準改造NodD蛋白，不僅能定製適應特定作物的高固氮菌株，實現“一對一”靶向固（gù）氮，更為動水稻、玉米等非豆科作物建立類（lèi）似共生（shēng）關係，減少（shǎo）農業對化肥（féi）的依賴打下（xià）理論基礎。