[所屬分類:行業(yè)動態(tài)] [發(fā)布時(shí)間:2025-11-19] [發(fā)布人:楊曉燕] [閱讀次數(shù):] [返回]

非侵染細(xì)胞在豆科根瘤中精確調(diào)控固氮效率
作者：李晨  來源：中國科學(xué)報(bào)
山東拓普生物工程有限公司  http://m.xhztyn.cn
豆科植物與根瘤菌形成的共生固氮體系是自然界中最高效的生物固氮體系之一，對減少農(nóng)業(yè)對化學(xué)氮肥的依賴、推動可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。
近日，中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員陳志長課題組在《生物技術(shù)通報(bào)（英文）》（aBIOTECH）發(fā)表了研究論文。該研究揭示了大豆根瘤中侵染細(xì)胞（Infected Cells, ICs）在營養(yǎng)儲存與釋放中的關(guān)鍵作用，同時(shí)闡明了侵染細(xì)胞和非侵染細(xì)胞（Uninfected Cells, UCs）之間的胞間連絲網(wǎng)絡(luò)，動態(tài)調(diào)節(jié)營養(yǎng)分配。這些發(fā)現(xiàn)為研究共生固氮的調(diào)控機(jī)制提供了新的見解，并強(qiáng)調(diào)了非侵染細(xì)胞在優(yōu)化固氮效率中的關(guān)鍵作用。
在共生固氮體系中，根瘤是固氮作用發(fā)生的核心場所。以往研究多聚焦于根瘤中侵染細(xì)胞的固氮功能，而對非侵染細(xì)胞的作用了解甚少，其功能缺乏系統(tǒng)研究。近年來，越來越多的研究結(jié)果表明非侵染細(xì)胞并非被動存在的“旁觀者”，它們在根瘤代謝物轉(zhuǎn)運(yùn)、離子平衡維持以及信號傳遞中可能發(fā)揮關(guān)鍵作用。
然而，非侵染細(xì)胞如何與侵染細(xì)胞協(xié)同，通過什么機(jī)制參與調(diào)控固氮過程，仍不清楚。解析非侵染細(xì)胞的功能不僅有助于全面認(rèn)識根瘤的工作機(jī)制，也可能為提高豆科作物固氮效率提供新的調(diào)控靶點(diǎn)。
研究者通過使用共質(zhì)體運(yùn)動示蹤劑羧基熒光素二乙酸酯（CFDA）來觀察和模擬營養(yǎng)物質(zhì)在根瘤中的運(yùn)輸與分布情況。研究發(fā)現(xiàn)，CFDA從葉片供給后，會轉(zhuǎn)換成CF并經(jīng)過維管束運(yùn)輸?shù)礁�瘤固氮區(qū)，而且固氮區(qū)非侵染細(xì)胞的CF信號強(qiáng)度顯著高于侵染細(xì)胞，這表明CF進(jìn)入固氮區(qū)后，主要在非侵染細(xì)胞中積累，說明在營養(yǎng)物質(zhì)最終輸送到侵染細(xì)胞之前，非侵染細(xì)胞作為臨時(shí)儲存點(diǎn)，暫時(shí)儲存從宿主植物運(yùn)輸來的營養(yǎng)物質(zhì)。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在固氮區(qū)的侵染細(xì)胞與非侵染細(xì)胞之間以及相鄰的非侵染細(xì)胞之間存在胞間連絲，而相鄰的侵染細(xì)胞之間沒有胞間連絲。這說明侵染細(xì)胞不能直接相互交流或交換營養(yǎng)物質(zhì)，它們僅與相鄰的非侵染細(xì)胞進(jìn)行信息和營養(yǎng)物質(zhì)的交換。研究證明侵染細(xì)胞與非侵染細(xì)胞之間胞間連絲的通透性可以調(diào)控營養(yǎng)物質(zhì)向侵染細(xì)胞的輸入，進(jìn)而影響根瘤的營養(yǎng)穩(wěn)態(tài)與共生固氮能力。
研究揭示了非侵染細(xì)胞在根瘤內(nèi)部營養(yǎng)儲存與釋放中的關(guān)鍵作用，并闡明了非侵染細(xì)胞與侵染細(xì)胞之間的胞間連絲在營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸中的重要性。這些研究結(jié)果表明，非侵染細(xì)胞可能作為調(diào)控固氮過程的中心樞紐來接收信號并做出決策，從而精確控制侵染細(xì)胞的固氮效率。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金的資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1007/s42994-025-00247-y
（本文內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)可后臺聯(lián)系刪除。）