12月10日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究团队在国际顶尖学术期刊《自然》上发表论文，研究揭示豆科植物皮层细胞获得SHR-SCR干细胞分子模块，使其有别于非豆科植物。这可能是豆科植物共生结瘤固氮的前提事件，回答了“为什么豆科植物能结瘤固氮”这一科学问题。

　　数百年来，针对豆科植物的研究进展缓慢。早在17世纪，科学家们就发现豆科植物具有根瘤结构；1843年，科学家们又发现豆科植物有个重要功能是可以固氮，而氮元素又是植物生长的关键元素；1888年，德国科学家发现豆科植物与根瘤菌共生，可以把氮气转化成植物需要的氮素营养。但此后100多年，针对“豆科植物与根瘤菌共生为什么能固氮”的问题，科学界尚无解答。

　　在豆科植物-根瘤菌共生中，豆科植物为根瘤菌提供合适的固氮环境及生长所必须的碳水化合物；作为回报，根瘤菌将氮气转变成含氮化合物，满足豆科植物对氮元素的需求。另外，固定的氮素也会释放到土壤中，被其他植物利用。有趣的是，能够与固氮细菌进行共生固氮的物种只分布于豆目、蔷薇目、葫芦目和壳斗目中，其中以豆科植物-根瘤菌共生固氮研究较多。

　　如果弄楚“豆科植物为什么能固氮”，就有望通过人工作用于其他植物。豆科植物很少需要在农业生产中使用氮肥；但其他作物则需要大量氮肥提高产量。人工合成氮肥不仅耗费大量能源，也造成严重的环境污染。近年来，我国氮肥施用泛滥，导致水体富营养化严重，是农业生产亟待解决的重大问题之一。

　　王二涛团队研究发现，在豆科植物进化中，豆科植物干细胞关键基因SCR在皮层细胞表达，另一个干细胞关键转录因子SHR在维管束表达后移动到皮层细胞，这样豆科植物的皮层细胞获得了SHR-SCR干细胞分子模块。该干细胞分子模块赋予豆科植物皮层细胞分裂能力，使豆科植物的皮层与非豆科植物不同。同时，该干细胞分子模块能够被根瘤菌信号激活，诱导豆科植物苜蓿的皮层分裂，形成根瘤。

　　值得注意的是，当在豆科植物苜蓿根中过量表达SHR-SCR分子模块时，可以诱导皮层细胞分裂形成根瘤样结构。

　　这种在非豆科植物拟南芥和水稻根中异位过量表达的SHR-SCR分子模块，同样可以诱导根皮层细胞分裂，因此SHR-SCR分子模块是植物皮层细胞分裂的充分必要条件。这表明豆科植物的皮层细胞获得了SHR-SCR干细胞程序模块可能是豆科植物共生结瘤固氮的前提事件。

　　该项工作发现了控制豆科植物根瘤共生固氮的关键分子模块，不仅加深了人们对共生固氮的理解，也为非豆科植物皮层细胞命运的改造奠定了基础，为今后减少作物对氮肥的依赖，实现农业生产的可持续发展提供了新的思路。

　　文章链接：https://wap.peopleapp.com/article/6063860/5976130