一個國際科學家小組首次發現了一種基因“關閉開關”，它可以關閉豆科植物將大氣中的氮轉化為營養物質的過程。

豆類、豌豆和扁豆等豆類在作物中是獨一無二的，因為它們能夠與土壤細菌相互作用，將氮轉化或“固定”為可用的營養物質。然而，當土壤中通過自然過程或通過施用合成肥料已經富含氮時，這種能源密集型生物過程就會減少。

最新發現的基因調節因子可以在土壤硝酸鹽含量高時關閉固氮作用，這使得科學家們可以去除模型豆科植物中的基因，確保它們無論土壤環境如何都能繼續固氮。

提高豆科植物固氮的生物能力有助于提高作物生長和產量，同時也減少了對合成肥料的需求，而合成肥料會增加農業的環境足跡。

這項研究的結果發表在《自然》雜志上，該研究是國際農業中促進營養共生(ENSA)項目的一部分。

“從農業的角度來看，持續的固氮可能是一個有益的特性，可以增加氮的可用性，無論是對豆類還是對豆類種植后依賴土壤中氮的未來作物，”首席作者Dugald Reid博士說。

“這有助于為未來的研究奠定基礎，為我們管理農業系統提供新的方法，以減少氮肥的使用，增加農業收入，減少氮肥使用對環境的影響。”

ENSA項目目前由比爾和梅琳達·蓋茨農業創新公司(Gates Ag One)資助，這是一個非營利性組織，投資于突破性的農業研究，以滿足撒哈拉以南非洲和南亞小農的迫切和被忽視的需求。

在篩選了15萬株豆科植物后，研究小組發現了這種被稱為“Fixation Under Nitrate”(FUN)的調節因子，這些豆科植物的基因被敲除，以確定植物如何控制從固氮到土壤氮吸收的轉換。

FUN是一種被稱為轉錄因子的基因，控制著其他基因的水平。研究發現，無論它是活躍還是不活躍，也無論氮水平如何，它都存在于豆類中。

“作為研究的一部分，我們為溫室中的數千種植物設計了一個基因篩選，以識別將環境觸發因素與生物信號聯系起來的基因，”該論文的合著者、ENSA研究員Jieshun Lin博士說。

“通過增加模型豆科植物可用的硝酸鹽水平，我們能夠識別那些固氮調節受損的豆科植物，并發現FUN突變體。”

然后，研究小組使用生物化學、基因表達研究和顯微鏡相結合的方法發現，FUN在失活時形成長長的蛋白質細絲。

這導致了第二次發現，鋅水平在觸發FUN變得活躍和關閉固氮方面發揮作用。

“我們發現改變土壤氮會改變植物中鋅的含量。以前沒有發現鋅與固氮調節有關，但我們的研究發現，鋅水平的變化反過來激活FUN，然后控制大量關閉固氮的基因，”合著者、ENSA研究員Kasper Andersen博士說。

“因此，去除FUN會創造一種條件，在這種條件下，植物不再停止固氮。”

這項研究由澳大利亞拉籌伯大學和丹麥奧胡斯大學的科學家領導，并與歐洲同步輻射設施(ESRF)、西班牙植物中心Biotecnología y Genómica和馬德里波利特拉西尼亞大學(UPM)合作。

研究人員現在正在調查普通的豆科作物，如大豆和豇豆，在失去FUN活性時表現如何。


（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-6/20240627020351663.htm）