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由弗莱堡大学教授、卓越集群 CIBSS（整合生物信号研究中心）成员 Thomas Ott 博士领导的国际研究团队首次证明，在豆科植物根部发现的蛋白质 SYFO2 使植物能够“自我授粉”。
大多数植物允许真菌微生物进入其根细胞，为它们提供碳水化合物，以换取更充足的养分和水分。只有豆科植物，如豌豆、豆类和三叶草，会与固氮土壤细菌建立一种额外的互利共生关系。这种与根瘤菌的结合使它们能够从空气中获取自身生长所需的氮。
在盖茨农业创新基金会资助的“促进农业营养共生”（ENSA）项目框架下，由生物学院植物细胞生物学教授、卓越集群CIBSS（整合生物信号研究中心）成员托马斯·奥特教授领导的研究团队首次成功证明，SYFO2——一种在豆科植物和其他植物根部发现的、研究较少的蛋白质——在豆科植物的“自交”过程中发挥着关键作用，因为它能够帮助根瘤菌进入根细胞。一旦根瘤菌被植物根毛捕获，SYFO2就会启动肌动蛋白细胞骨架的重组——这是根瘤菌进入根细胞并从内部感染的关键步骤。感染后，植物根部会形成微小的结节，根瘤菌会从空气中固定氮，使植物能够吸收利用。
该国际团队成功地运用成像、分子生物学和遗传学方法相结合的方式，展示了这一过程。此外，科学家们还通过引入根节点与固氮细菌共生关系的调控因子——转录因子NIN，激活了番茄自身的SYFO2基因。
这项题为“纳米域定位的formin蛋白调控豆科和茄科植物中共生微生物的入侵”的研究，增进了我们对番茄自身共生相关基因调控机制的理解。它为未来增强植物与根瘤菌之间的有益互作，以及将固氮能力转移给农作物奠定了基础，其长远目标是减少化肥的使用。该研究成果发表在《科学》杂志上。
确定关键流程的基础
“大多数豆科植物都进化出了复杂的机制，允许共生细菌进入细胞，”奥特说。“在这项研究中，我们发现了一个关键过程的分子基础，在这个过程中，植物从‘捕获细菌’转变为‘为细菌敞开大门’。”该研究还得到了CIBSS研究员、医学院实验与临床药理学和毒理学研究所所长罗伯特·格罗斯教授的支持。
此外，研究人员还发现，在一些不与固氮细菌共生的植物中，SYFO2 是启动最常见且进化上更古老的共生类型——植物与真菌之间的菌根共生——所必需的。鉴于此，并考虑到该蛋白在番茄植株中的成功激活，奥特总结道：“这一结果尤其令人感兴趣，因为它表明，通常参与菌根共生的基因可以被重新定向，从而帮助植物构建细菌固氮共生。”
更多信息：
论文：Lijin Qiao 等 (2026)。“纳米域定位的formin蛋白调控豆科和茄科植物中共生微生物的入侵”。《科学》391，1036–1045。DOI：10.1126/science.adx8542
Thomas Ott 教授是弗莱堡大学生物学院植物细胞生物学教授，也是卓越集群 CIBSS（整合生物信号研究中心）的成员。
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