科学家们揭示了豆类植物等待“菌”的方法

中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员王二涛团队发现，豆类植物有一个巧妙的“信号识别系统”，可以准确识别根瘤菌。细胞质中的类受体激酶蛋白MtLICK1/2在识别过程中起着关键作用，回答了豆类植物如何与根瘤菌“和谐相处”而不失警惕的科学问题，给农业绿色发展带来了新的希望。5月6日，《自然》发表了相关研究。

在自然界中，豆类植物与根瘤菌的“合作”是一个典范——植物为根瘤菌提供住所(根瘤器官)和食物(光合物)，而根瘤菌则起到“固氮工厂”的作用，将空气中植物不能直接使用的N2转化为可吸收的铵态氮。这种共生关系不仅高效环保，而且减少了植物生长对化学基肥的依赖，对可持续农业的发展至关重要。

王二涛团队的早期研究发现，经过长时间的演变，植物逐渐发展出一套“感知系统”，可以通过识别不同长度的丁质壳聚糖来区分“敌人朋友”。更巧妙的是，植物体内有一套特殊的时空“免疫抑制”系统，既防止了过多的免疫反应阻碍了植物细胞的共生过程，又保证了植物整体组织的免疫防御能力不受损害。然而，在此之前，这个特殊系统的功能机制并不明确。

王二涛团队的研究表明，豆类植物有一个巧妙的“信号识别系统”。当根瘤菌靠近时，植物会分泌一个名为“结瘤因素”的信号分子，MtNFP和MtLYK3可以识别细胞表面的受体蛋白，其中只有MtLYK3具有“激活开关”的功能。

进一步研究发现，MtLICK1/2在植物细胞中传递信号的过程中起着关键作用。另一方面，MtLICK1/2可以帮助植物“开门迎客”，通过与MtLYK3“握手”激活共生信号通道，最终促进植物形成根瘤器官，使根瘤菌进入植物细胞共生固氮。另一方面，MtLICK1/2也有助于植物在根瘤菌感染初期迅速抑制免疫反应，防止植物“伤害”根瘤菌。;共生关系建立后，可以准确控制植物的免疫稳定状态，有效抵抗病原菌的感染。这种控制方法就像植物的“智能门禁系统”，MtLICK1/2就像一个既能识别朋友又能阻挡敌人的“卫兵”，在植物与微生物的互动中起着关键作用。

目前大豆、花生等豆类植物可以天然固氮，但大米、小麦等主要作物没有这种能力，生产依赖大量基肥。王二涛指出，如果类似的共生系统可以在后续的其他作物中“安装”，粮食作物未来可能会实现“自给自足”，大大减少化肥的使用，促进绿色农业的优质发展。