豆科植物與根瘤菌的結瘤共生固氮體系是自然界中固氮效率最高、農業生產應用最為廣泛的生物固氮系統，對保持農業以及自然生態系統中的初級生產和碳匯有重要意義。共生固氮消耗的能量主要來源于光合作用所固定的碳水化合物，然而，豆科植物如何依據光合產物供應情況調整根瘤固氮反應速率的分子機制尚待揭示。近期，河南大學研究團隊于2022年12月2日在《Science》雜志上發表題為“Phosphoenolpyruvate reallocation links nitrogen fixation rates to root nodule energy state”的研究論文，揭示了大豆響應碳源供給調控根瘤固氮效能的分子機理。

研究團隊在大豆中鑒定了一對在根瘤特異高表達的能量感受器蛋白GmNAS1和GmNAP1。研究發現，GmNAS1可以直接結合AMP從而與GmNAP1在線粒體膜上形成異源二聚體，在碳源供應增加導致根瘤能量狀態上升時，AMP含量降低，促使GmNAS1-GmNAP1異源二聚體解離，形成GmNAS1-GmNAS1和GmNAP1-GmNAP1同源二聚體，之后形成的同源二聚體會與一個轉錄因子GmNFYC10a互作并將其錨定到線粒體上，從而減少細胞核中的GmNFYC10a水平，抑制丙酮酸激酶基因表達，進而減少了磷酸烯醇式丙酮酸向丙酮酸的轉化，使更多磷酸烯醇式丙酮酸轉化為草酰乙酸和蘋果酸，從而增強類菌體的碳源供應和根瘤固氮能力。

這項研究為設計合成高效利用碳源的共生固氮系統提供了重要依據，為高效固氮作物的分子設計提供了新的思路。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq8591

注：此研究成果摘自《Science》雜志，文章內容不代表本網站觀點和立場，僅供參考。

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