豆科植物與固氮菌共生之關鍵性發現 - 農業知識入口網

豆科植物能與土壤中的固氮菌（根瘤菌）建立共生關係，在缺氮環境下形成特殊的根瘤結構，為固氮菌提供棲息地並吸收其固定的氮素。研究發現，植物細胞表面受體 SYMRK 在根瘤形成過程中發揮了關鍵作用，但其活化機制一直未明。

丹麥奧胡斯大學的研究團隊近日揭示豆科植物與固氮菌共生的關鍵機制，首次確定了驅動共生根瘤形成的重要因素-磷酸化作用。這項發表於《PNAS》的研究為未來將此共生機制引入如大麥、玉米及水稻等重要作物鋪平了道路，有望減少化肥使用，降低碳足跡。

此次研究鑑定出 SYMRK 的四個重要磷酸化位點，這些位點是共生信號傳遞的核心。透過對 SYMRK 的受體突變分析，研究者確認這些位點直接影響共生過程，例如是否能在根瘤菌存在下形成根瘤。研究人員在SYMRK 受體內部結構，定位了 4 個位於「α-I 基序」上的關鍵絲氨酸磷酸化位點。這些位點位於激酶核心結構與彈性 C’端尾部的交界處。實驗顯示，當這 4 個絲氨酸被替換為非磷酸化的丙氨酸時，共生信號完全中斷；而當替換為模擬磷酸化狀態的天冬氨酸時，即使在沒有固氮菌的情況下，植物也能自發形成根瘤。這表明，SYMRK 的磷酸化是驅動根瘤形成的重要機制。

這項發現不僅加深了對豆科植物共生機制的理解，還為將此共生能力引入非豆科作物提供了技術基礎，為農業減少化肥使用帶來潛在的革命性改變。

資料來源:

1. Nikolaj B. Abel, Malita M. M. Nørgaard, Simon B. Hansen, Kira Gysel, Ignacio Arribas Díez, Ole N. Jensen, Jens Stougaard, Kasper R. Andersen. Phosphorylation of the alpha-I motif in SYMRK drives root nodule organogenesis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; 121 (8) DOI: 10.1073/pnas.2311522121

2.  https://www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240212153525.htm

《農業部種苗改良繁殖場 種苗檢驗科 林如玲 摘譯》