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| | 豆科植物固氮“氧气悖论”破解 | | 为生物固氮成为新型氮肥源头提供可能 |
Jeremy在试验室。氧气悖论中国迷信院份子植物迷信卓越立异中间供图 ■本报记者 秦志伟 ■黄辛 根瘤被称为豆科植物的豆科“固氮工场”，反映豆科植物与固氮根瘤菌的植物共生关连。豆血红卵白（又称共生血红卵白）存在其中，固氮是破解根瘤中调节氧气浓度的“开关”，氧气是往事网豆科植物以及根瘤菌呼吸必需的，但根瘤菌中的迷信固氮酶更喜爱低氧情景，“氧气悖论”就发生了。氧气悖论这一悖论不断悬而未决，豆科也便是植物说，迄今为止无关根瘤内豆血红卵白基因表白的固氮调控机制仍不清晰。 10月29日，破解中国迷信院份子植物迷信卓越立异中间（如下简称份子植物卓越中间）Jeremy Dale Murray团队乐成破解固氮“氧气悖论”，往事网他们初次发现转录因子NLP家族调控根瘤中豆血红卵白基因表白的迷信份子机制。钻研下场宣告于《迷信》。氧气悖论 “氧气悖论”悬而未决 在做作界，植物妨碍除了需要外界氮肥外，也会“自食其力”。如大豆等豆科植物，它们以及细菌互利共生固氮，自我施肥。这便是豆科植物与固氮根瘤菌的共生关连发生的服从。 “氧气悖论”的发生要从“固氮工场”根瘤提及。在其中，固氮熏染的实施者是类菌体。类菌体内的固氮酶可“摇身一变”，将空气中的氮气转变为植物可运用的氨。与此同时，豆科植物可提供根瘤菌需要的碳水化合物，从而使豆科植物以及根瘤菌实现互惠互利。 可是，固氮反映历程需要破费大批能量。对于豆科植物来说，这一“交流”是高尚的。 加倍关键的是，“固氮酶对于氧气高度敏感，需要在低氧情景下能耐使命，但宿主细胞以及根瘤菌自己的呼吸又需要大批氧气”。Jeremy见告《中国迷信报》，为了同时知足固氮酶、宿主细胞与根瘤菌的差距需要，根瘤细胞经由火解大批的豆血红卵白来调节氧气浓度。 “豆血红卵白相似人体血液中的血红卵白，搜罗血红素以及卵白质。”Jeremy进一步批注道。散漫了铁元素的血红素在氧气浓渡过高时可与氧气散漫，进而飞腾氧气含量；而在氧气缺少时，豆血红卵白可能将氧气释放给类菌体供其呼吸。 值患上一提的是，豆血红卵白使根瘤泛起粉红色。“这就讲明了豆科植物的根瘤为甚么是粉红色的。”论文第一作者、份子植物卓越中间助理钻研员姜苏育见告《中国迷信报》。 已经有钻研表明，豆血红卵白的含量以及组分直接影响根瘤内固氮酶的活性，并使其在豆科植物生物固氮中发挥关键熏染。着实，生物固氮钻研已经有上百年的历史，但迄今为止无关根瘤内豆血红卵白基因表白调控机制仍不清晰。 为根瘤菌找到“舒适的家” Jeremy团队把目的瞄准了NLP。NLP家族是植物特有的一类转录因子，它可能散漫靶基因启动因子中的特殊“元件”，即硝酸盐照应元件（NRE），进而激活卑劣基因的表白，退出调节植物氮代谢历程。他们钻研发现，NLP家族中的两个成员NLP2以及NIN在根瘤中具备“广博广博”的表白量。 “在对于NLP2突变体根瘤妨碍合成时意外发现，当植物缺少NLP2后，豆血红卵白的表白也受到了影响，并具备比家养型更浅的粉红色。”姜苏育说。 Jeremy进一步批注道，NLP2突变体根瘤中的豆血红卵白以及血红素水平清晰飞腾，这就讲明了为甚么突变体根瘤粉红色较浅。“由于突变爆发在转录因子中，这是一种可能启动其余因子表白的卵白质。”因此他们预料，这个基因可能会激活豆血红卵白的表白。 而后，钻研团队对于差距种类豆科植物的豆血红卵白基因合成发现，一个DNA序列存在于所有豆血红卵白基因启动子中，他们称为双重硝酸盐照应元件（dNRE）。NLP2“认出”dNRE，调控豆血红卵白的表白，从而失调固氮所必需的氧气微情景，也便是说为根瘤菌找到了“舒适的家”。 Jeremy以为，dNRE以及NLP2仅在豆科植物中高度激进，展现着其进化有助于后退根瘤中豆血红卵白的表白水平。而非共生血红卵白在植物体内翦灭氧气方面起侧紧张熏染，有助于植物在低氧情景下生涯。这也为水稻、玉米等非豆科植物实现自主固氮的钻研提供了新见识。 Jeremy团队乐成破解豆科植物固氮“氧气悖论”，为生物固氮成为新型氮肥源头提供了可能，对于节约农业破费老本以及生态情景呵护具备紧张意思。 Jeremy于2017年全职退出份子植物卓越中间。其团队同时隶属于中国迷信院与英国约翰·英纳斯中间相助共建的国内散漫单元植物以及微生物迷信散漫钻研中间。 该钻研患上到中国迷信院根基钻研青年迷信家名目、国家做作迷信基金、国家重点研发名目、中国迷信院先导科技专项以及国家重点试验室的扶助。 相关论文信息： https://doi.org/10.1126/science.abg5945 《中国迷信报》 (2021-10-29 第1版 要闻) |