华中农大成功克隆豆科植物固氮调控基因

近日来自华中农业大学张忠明课题组，美国爱达荷大学的研究人员报道了他们成功克隆调控豆科植物共生固氮能力的关键性基因SIP2的最新成果，这项成果为揭示根瘤菌与豆科植物共生关系、探索根瘤菌与非豆科植物建立共生固氮关系提供了研究基础。相关论文刊发在2月21日国际植物学权威刊物Plant cell上。

虽然空气成分中含有约80%的氮，但一般植物无法直接利用。而花生、大豆、苜蓿等豆科植物，通过与根瘤菌的共生固氮作用可以把空气中的分子态氮转变为植物可利用的氨态氮。豆科植物与根瘤菌之间的这种独一无二的共生固氮“合作关系”引起了科学家们的广泛兴趣，科学界一直在豆科植物中寻找相关的调控基因。

张忠明课题组自2006年开始进行相关研究。研究人员介绍，豆科植物在种子发芽生根后，根瘤菌从根毛入侵植物根部，在一定条件下形成具有固氮能力的根瘤，正是根瘤中的类菌体将分子态氮转化为氨态氮，每个根瘤就是一座供给植物的微型氮肥厂，而根瘤菌本身的消耗极小。

SIP2正是一个调控根瘤菌共生信号及根瘤形成的基因，抑制其表达将导致根瘤菌侵入线形成的效率和植株结瘤能力显著降低，本次研究表明SIP2在豆科植物结瘤过程中起到了关键性的调控作用。据介绍，这一研究成果为揭示根瘤菌与豆科植物共生关系、探索根瘤菌与非豆科植物建立共生固氮关系提供了研究基础。有朝一日，人类可根据需要设计出能够自产氮肥的农作物和植物。

除此之外，关于根瘤菌的研究还有其他的新进展。加拿大西蒙菲沙大学健康科学院的Ralph Pantophlet和同事发现，一种放射型根瘤菌(Rhizobium radiobacter)或可推动研发出帮助免疫系统清除HIV的艾滋病疫苗。相关研究论文发表在2月24日的《Chemistry & Biology》杂志上。（生物帮bio1000.com）

作者简介：

张忠明，男，华中农业大学生命科学技术学院教授、博士生导师，1992-1993年在美国田纳西大学豆科植物研究中心分子遗传学实验室做访问学者，1996-1999年在美国俄亥俄州立大学分子遗传学系及植物学生物技术中心做访问学者，2001-2003年在加拿大西安大略大学生物系做副研究员。

目前主要从事根瘤菌与寄主植物相互作用分子机理的研究，以百脉根模式豆科植物为材料，利用根瘤菌结瘤因子受体、共生信号转导途径上的功能基因分离和鉴定调控共生信号传递的蛋白及其基因，在体内体外研究这些蛋白的结构、功能及调控机制。另一方面在水稻中开展共生基因同源物的分离，利用豆科植物共生突变体鉴定其功能。同时，将豆科植物一套共生信号转导功能基因导入水稻，在相应根瘤菌存在条件下，考察转基因水稻的共生效应。多次主持国家自然科学基金项目、国家教委留学回国基金项目、国家教委博士点基金项目、教育部高校骨干教师基金项目。