国际权威学术期刊《科学》近日在线刊登了一项来自中国科研团队的重要突破：中国科学院分子植物科学卓越创新中心的研究人员成功破解了豆科植物与根瘤菌共生配对的分子机制，并通过基因编辑技术实现了豌豆根瘤菌与苜蓿根部的跨物种共生。这一发现为解决农业领域长期依赖化学氮肥的问题提供了全新思路。
豆科植物如大豆、苜蓿等能够与根瘤菌形成共生关系，在根部形成高效的"天然氮肥工厂"。然而，全球仅有两万余种豆科植物，却存在数十万种根瘤菌，二者如何精准识别并建立共生关系一直是植物学界的未解之谜。研究团队通过四年攻关，终于揭开了这一神秘过程的分子密码。
加拿大籍研究员杰睿带领的团队发现，根瘤菌中的NodD蛋白扮演着关键角色。这种蛋白含有三个特殊结构元件，形成了一个精确的"分子锁"。只有当植物根部释放的特定类黄酮分子作为"钥匙"插入时，才能激活NodD蛋白，启动共生程序。这种高度特异性的识别机制确保了即使不同豆科植物相邻生长，根瘤菌也不会选错共生伙伴。
研究过程中，结构生物学专家张余研究员的团队发挥了重要作用。他们通过创新方法成功获得了NodD蛋白的高质量晶体，为解析其结构奠定了基础。在上海光源的协助下，团队最终揭示了蛋白与类黄酮分子的复合物结构，为后续研究提供了关键数据。
更令人振奋的是，研究团队通过基因编辑技术实现了"共生伙伴交换"。他们将苜蓿根瘤菌的NodD蛋白关键结构元件移植到豌豆根瘤菌中，改造后的豌豆根瘤菌能够识别苜蓿根部释放的类黄酮信号，并成功在苜蓿根部形成根瘤并固定氮素。这一突破表明，通过人工设计可以打破物种间的共生屏障。
该研究还揭示了不同豆科植物与根瘤菌识别机制的差异。尽管苜蓿和豌豆根瘤菌的NodD蛋白相似度高达80%，但它们对类黄酮分子的响应偏好截然不同。这种特异性为开发广谱固氮技术提供了重要参考。
科研团队表示，这项成果只是第一步。他们计划进一步解析豆科植物与根瘤菌共生的完整信号网络，并通过精准改造NodD蛋白，开发适用于水稻、小麦等非豆科作物的固氮体系。如果成功，将大幅减少农业对化学氮肥的依赖，为可持续农业发展开辟新路径。
多位专家指出，这项研究突破得益于上海优越的科研环境。分子植物科学卓越创新中心的多学科交叉氛围和一流实验平台，为解决复杂科学问题提供了有力支撑。研究团队成员阮怡婷表示，在这里能够快速找到各领域专家共同攻关，大大加速了研究进程。
