来源：市场资讯

（来源：澎湃新闻）

在自然界中，豆科植物（如大豆、苜蓿等）的根部与根瘤菌通过共生形成的根瘤器官是高的天然氮肥工厂。在该器官中，植物为根瘤菌提供碳源，根瘤菌负责将空气中的氮气转化为植物可利用形式的氮肥。但是豆科植物根系所处环境复杂，存在着多种根瘤菌和其他细菌，植物是如何精准识别并只允许“相匹配”的根瘤菌进入根部结瘤的呢？

北京时间2026年1月9日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心Jeremy Murray团队与张余团队作在国际期刊Science上在线发表题为“The molecular basis of the binding and specific activation of rhizobial NodD by flavonoids（类黄酮类化物特异结激活根瘤菌NodD分子机制研究）”的科研论文。

该研究次成功解析了豌豆根瘤菌NodD蛋白与类黄酮类化物（橙皮素）结的高分辨复物晶体结构，解析了NodD识别类黄酮类化物的机制，并揭示NodD中决定信号识别特异的关键结构元件。

豌豆根瘤菌NodD蛋白与橙皮素复物的结构示意图。本文图片均为 中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图

多年研究表明，豆科植物根系会分泌一种叫做“类黄酮类化物”的化学信号，它如同一把特制的“信号钥匙”。而根瘤菌细胞内一个名为NodD的转录因子，就像“分子锁”，能够识别与之匹配的“信号钥匙”，从而启动共生程序。这一信号识别与激活过程被普遍认为是决定共生特异的关键环节。然而，根瘤菌的“分子锁”NodD如何特异识别类黄酮类化物这把“化学信号钥匙”，一直是该领域备受关注且尚未完全阐明的科学问题。

这项新研究发现，豌豆根瘤菌NodD蛋白的配体结结构域通过两个蛋白口袋识别橙皮素——一个结口袋位于NodD蛋白的单体中，一个位于NodD蛋白的二聚界面上，这种结构象在已知的NodD所在的转录调控因子家族中尚属次发现。进一步分析表明，NodD的三个关键结构元件，形成识别配体的“结口袋”，能适配橙皮素等黄酮分子，却不能适配像异黄酮和紫檀烷等其他类别的类黄酮类化物。这从结构的角度解释了为什么根瘤菌NodD能够特异地被类黄酮类分子所结激活。

许耀和余佳恩年少相识、情投意，可谓是模范情侣，但创业失败的重担还是压垮了二人。谁知多年过后，设备保温施工两人兜兜转转竟成了工作上的甲乙方，免不了交流与作。可正是因为之前分手的经历，让两人心存芥蒂，始终不敢袒露自己的心意，导致作初期难题不断。

嵌体NodD能够互补苜蓿根瘤菌NodD突变体，恢复其在苜蓿上的固氮结瘤能力。

研究人员进一步比较了苜蓿根瘤菌NodD与豌豆根瘤菌NodD，尽管二者整体相似度高达80%，但是它们对类黄酮类化物的响应“偏好”非常不同。豌豆根瘤菌NodD主要响应黄烷酮/黄酮，而苜蓿根瘤菌主要响应查尔酮。通过区域交换实验和大量的点突变实验，研究人员锁定了位于关键结构元件上的几个关键氨基酸，正是这些区域的氨基酸残基决定了根瘤菌对不同类黄酮的响应特异。

研究团队通过将苜蓿根瘤菌NodD中的三个关键激活域“移植”到豌豆根瘤菌NodD上，成功构建出一个“嵌体”NodD蛋白，改造之后的豌豆根瘤菌NodD也能响应苜蓿根部分泌的类黄酮信号，并展现出和野生型苜蓿根瘤菌相似的结瘤固氮能力。这直接证明了正是这三个关键激活域，决定了豆科植物与根瘤菌之间的特异识别。

那么，豆科植物与根瘤菌之间为什么需要这种特异呢？研究人员认为，这种精确识别源于数百万年在重叠栖息地中的协同进化。为了确保成功建立共生关系，每种豆科植物都需要准确识别更适自己的根瘤菌菌株。它们互认的机制是根瘤菌识别植物发出的独特信号，而植物也识别根瘤菌反馈的特异信号，这有防止了多种豆科植物相邻生长时发生配对混淆。

这项成果不仅解答了豆科植物与根瘤菌如何通过类黄酮与NodD实现信号特异识别这一科学问题，更开辟了人工设计高固氮体系的新路径。未来通过精准改造NodD蛋白，不仅能定制适应特定作物的高固氮菌株，实现“一对一”靶向固氮，更为动水稻、玉米等非豆科作物建立类似共生关系，减少农业对化肥的依赖打下理论基础。