众所周知，⾖科植物有⼀个与众不同的特殊技能：能将空⽓中的氮⽓变成氮素营养。1888年，德国科学家发现了其中的奥秘：⾖科植物会在根部⽪层“建造”⼀栋“房⼦”，不仅供给根瘤菌“居住”，还提供“⽔电煤”服务。⽽根瘤菌的回报是化⾝为固氮⼯⼚，源源不断地为“房东”提供合成蛋⽩质所需的氮元素营养。 以下视频来源于
中科院分⼦植物卓越中⼼
然⽽，为什么只有⾖科植物会“造房⼦”租给根瘤菌，两者究竟签订了⼀份怎样的“租房合同”？这⼀看似简单的问题却⼀直困扰着科学家们。中国科学院分⼦植物科学卓越创新中⼼王⼆涛研究团队最近给出了⼀个极为重要的答案：⾖科植物⽪层细胞获得SHR-SCR⼲细胞分⼦模块，使其有别于⾮⾖科植物，这可能是⾖科植物共⽣结瘤固氮的前提事件。相关论⽂于12⽉10⽇在国际顶尖学术期刊《⾃然》上发表。
到关键“建材”
到关键“建材”
要深究“为什么⾖科植物能结瘤固氮”这样⼀个常识中的科学问题，⾸先需要⼀个全新的科研思路。“我们做了⼀个⼤但假设，认为结瘤固氮是因为⾖科植物根部⽪层细胞命运和⾮⾖科植物不同。”王⼆涛说，在此基础上，科研团队鉴定了超过50个控制细胞命运转化的转录因⼦，最终将⽬光锁定在植物发育的⼲细胞程序关键模块——SHR-SCR基因上。
可以把SCR基因和SHR基因看作是⾖科植物为根瘤菌造房⼦的“混凝⼟”和“钢筋”。⾸先，要在“⼯地”上合成“混凝⼟”。SCR基因会在⾖科植物的⽪层细胞表达，⽽在其他植物⾥却只会在内⽪层表达。其次，要把“钢筋”运动到“⼯地”上。SHR基因在⾖科植物维管束表达蛋⽩，这些蛋⽩会移动到⽪层细胞。“钢筋”“混凝⼟”都到位之后，⾖科植物才开始“建房”：SHR-SCR⼲细胞分⼦模块赋予⽪层细胞分裂能⼒，使⾖科植物的⽪层与⾮⾖科植物不同。
当研究⼈员在⾖科植物苜蓿根中过量表达SHR-SCR分⼦模块时，成功诱导⽪层细胞分裂形成根瘤样结构。这验证了SHR-SCR⼲细胞分⼦模块的关键作⽤。苜蓿根
那么，究竟是⾖科植物的漂亮“房⼦”让根瘤菌⼼动不已，还是根瘤菌的出现让⾖科植物主动“建房”？王⼆涛认为，两种情况可能同时存在，并相互促进。
复制固氮功能也许可能
到⾖科植物结瘤固氮独特功能的关键分⼦模块，更为重要的意义在于向⾮⾖科植物固氮的道路上迈出了⼀⼤步。
植物的⽣长离不开氮元素。氮肥的使⽤让农作物产量⼤⼤增加，但也带来了⽔体富营养化污染和加剧全球⽓候变暖等负⾯影响。⽽通过⼯业⽅法将氮⽓合成氨盐，需要耗费⼤量能量。与此相⽐，⾖科植物与根瘤菌的⽣物固氮能⼒显得尤为⽣态和环保。可惜的是，在植物界，能够与固氮细菌进⾏共⽣固氮的物种只分布于⾖⽬、蔷薇⽬、葫芦⽬和壳⽃⽬中。
“我们现在知道了⾖科植物是如何给根瘤菌建造房⼦的。”王⼆涛说。科研团队尝试了在⾮⾖科植物⾥也⽤“混凝⼟”和“钢筋”造“房⼦”。他们在⾮⾖科植物拟南芥和⽔稻根中异位过量表达SHR-SCR分⼦模块，同样诱导根⽪层细胞分裂。“但我们仅仅让⾮⾖科植物造了‘房⼦’，但还没有看到根瘤菌‘⼊住’的痕迹。”王⼆涛表⽰，除了“房⼦”之外，还有哪些因素吸引根瘤菌，还需要更多的科学研究。
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