河南大学团队揭示能量感受蛋白调控大豆共生固氮新机制

河南大学省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室王学路教授团队12月2日在国际权威学术期刊《科学》发布研究成果，在大豆根瘤中首次鉴定出新的能量感受器蛋白GmNAS1和GmNAP1，并解析了它们通过调控碳源分配从而调控共生固氮的新机制。

氮素是植物生长发育必需的大量营养元素，空气中氮元素十分丰富，但植物却不能直接吸收利用。生物固氮是自然界生物可用氮的最大天然来源。豆科植物与根瘤菌的结瘤共生固氮体系是自然界中固氮效率最高、农业生产应用最为广泛的生物固氮系统。

过往研究发现，共生固氮是一个高耗能的酶催化过程，植物本身光合作用所固定的碳水化合物是共生固氮最主要的碳源和能量来源。然而，豆科植物如何依据光合产物供应量来调整固氮反应速率是一个未知的重大科学问题。

王学路教授团队鉴定出大豆根瘤中的一对新能量感受器GmNAS1和GmNAP1蛋白，它们通过感受细胞的能量状态，调控碳源在大豆根瘤中向固氮或细胞自身利用间的分配比例，从而根据外界环境变化调节根瘤的固氮能力。

共生固氮中碳源和能量的来源及分配示意图。（河南大学供图）

根瘤中的新能量感受器调节磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）分配，从而协同调控固氮能力。（河南大学供图）

王学路介绍，这种精巧机制的解析，可以为人工设计消耗能量更少、固氮能力更强的共生固氮体系提供思路，为大豆产量提高、生物固氮能力提升等农业可持续发展问题提供新手段，对减少农业对工业氮肥的依赖、实现“双碳”战略目标具有重要意义。（记者韩朝阳）