上海科学家发现豆科植物“智能门禁”

豆科植物既能“热情招待”根瘤菌来获取氮肥，也能坚决抵抗病原微生物的侵害。是什么让它能如此“有礼有节”地对待不同微生物?这个谜团的关键部分被上海科学家解开。国际顶尖学术期刊《自然》日前在线发表了这一成果。

自然界中，豆科植物与根瘤菌的共生关系可谓高效环保——植物为根瘤菌提供住所(根瘤器官)和食物(光合产物)，根瘤菌则发挥“固氮工厂”的作用，将空气中植物无法直接利用的氮气转化为可吸收的铵态氮。要是水稻、小麦等主要粮食作物也能像豆科植物一样固氮，或将大幅减少化肥使用，推动可持续绿色农业的发展。

经过多年研究，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究员团队发现，植物进化出巧妙的感知系统，可精准区分共生微生物和病原微生物，且体内还存在一套特异的免疫抑制系统，能在共生菌侵染植物细胞时精准调控免疫反应强度，既可避免免疫反应过强阻碍共生过程，又确保不会被病原微生物蒙混进植物体内兴风作浪。

此次他们发现，豆科植物有一套巧妙的“信号识别系统”，能精准辨别根瘤菌。根瘤菌靠近植物时，会分泌一种信号分子“结瘤因子”。植物细胞表面的一种受体蛋白能够识别这一信号并被激活。细胞质内的类受体激酶蛋白MtLICK1/2则将这一信号传递下去，激活共生信号通路，最终促使植物形成根瘤器官，允许根瘤菌进入植物细胞共生固氮。

更令人惊叹的是，MtLICK1/2不仅帮助植物“开门迎客”，与根瘤菌建立共生，还能帮助植物“关门御敌”，调节免疫反应。在根瘤菌侵染初期，MtLICK1/2会迅速抑制免疫反应，避免植物免疫系统“误伤”根瘤菌。待共生关系建立后，它又能精准把控植物的免疫稳态，有效抵御病原菌的侵染。这种调控模式就像植物的智能门禁系统——既能识别友军，又能阻挡敌人。

该项研究不仅解答了豆科植物如何与根瘤菌“友好相处”而又不失“御敌”警惕的科学问题，还为农业绿色发展带来了新希望。如果科学家能在小麦、水稻等主要作物中“安装”类似的共生系统，未来或许能让粮食作物也能实现氮肥的“自给自足”。