本科毕业于内蒙古农业大学、以“青年研究员”引进中国农业大学,在《Science》发表论文,破解植物共生“万能钥匙”

近日，中国农业大学生物学院梁鹏博团队在国际顶级学术期刊《Science》上发表了一项突破性研究成果。该论文题为《Nanodomain-localized formin gates symbiotic microbial entry in legume and solanaceous plants》，深入揭示了植物与微生物共生建立过程中的关键分子机制。研究以蒺藜苜蓿为模型，发现Formin家族蛋白SYFO2在根瘤菌侵染过程中扮演了核心角色：当根瘤菌接近时，SYFO2会在根毛细胞膜上聚集形成特定的纳米微区，并与支架蛋白SYMREM1发生物理互作。这种互作驱动了蛋白质的液 - 液相分离，构建起一个局部的细胞微丝调控枢纽，进而诱导细胞膜内陷，最终形成根瘤菌进入宿主细胞的专用通道侵染线。值得注意的是，这一过程受到根瘤共生特异转录因子NIN的精密调控。

这项研究的深远意义在于，它不仅仅解释了豆科植物如何接纳根瘤菌，更打通了理解植物界两大共生系统的任督二脉。早在4至5亿年前，陆生植物便演化出与丛枝菌根真菌共生的能力，借助庞大的菌丝网络获取磷元素；而豆科植物则在约6000万年前进一步演化出独特的根瘤共生体系，能够固定大气中的氮。尽管这两类共生关系在时间跨度和功能上差异巨大，但它们却共享着一套被称为“共生共享信号通路”（CSSP）的核心基因模块。梁鹏博团队的发现证实，SYFO2不仅是根瘤菌侵染的“守门人”，同样主导着菌根真菌在苜蓿根部的胞内侵染进程，其蛋白精准定位在菌丝进入及早期分枝的关键位置。这表明，CSSP类基因在介导不同微生物突破宿主细胞屏障时，存在着高度保守的共性机制。

更为引人入胜的是，该研究为非豆科作物的固氮工程化设计带来了新的曙光。虽然番茄等非豆科作物无法与根瘤菌共生且丢失了NIN基因，但其基因组中仍保留着SYFO2的同源基因，且其启动子区域奇迹般地保留了NIN结合位点。研究人员通过实验发现，若在番茄中异源引入苜蓿的NIN蛋白，便能成功激活番茄内源SYFO2的表达。这一发现暗示，尽管非豆科作物失去了部分共生能力，但其底层遗传框架依然完整，只需通过工程化手段重构早期的侵染通路，便有望在未来赋予非豆科作物固氮能力。这不仅解码了植物与微生物互作的深层逻辑，更为农业绿色革命提供了坚实的理论基石和全新的技术路径。

该论文由中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室梁鹏博研究员与德国弗莱堡大学Thomas Ott教授共同通讯完成。中国农业大学在读博士生乔李锦、孙恒为共同第一作者，唐继萍为第二作者，姚佶林、赵飞扬以及参与URP计划的本科生倪颖等也 contributed 重要工作。近年来，梁鹏博团队深耕于豆科植物 - 根瘤菌共生固氮及非豆科作物固氮工程化前沿领域，已在《Science》、《PNAS》、《Current Biology》等主流期刊发表了一系列原创性成果，持续为推动作物高效固氮机制解析与非豆科作物固氮设计提供关键分子靶点与理论支撑。