豆科植物与根瘤菌之间如何共生配对？中国科学院分子植物科学卓越创新中心加拿大籍研究员Jeremy D. Murray杰睿与张余研究员合作破译了豆科植物与根瘤菌之间共生配对密码，还通过基因编辑方法，让豌豆根瘤菌与苜蓿根部结成共生伙伴。通过更深入研究，有望让水稻、小麦等更多作物拥有“天然固氮工厂”。

豆科植物与根瘤菌之间的高度特异性共生关系依赖于两者共生化学信号的传递与特异性识别。豆科植物分泌的类黄酮化合物可特异性诱导根瘤菌转录因子 NodD激活结瘤因子（Nod factors）的合成，豆科植物识别结瘤因子之后开启与根瘤菌的共生通道。

图1 嵌合体NodD能够互补苜蓿根瘤菌NodD突变体，恢复其在苜蓿上的固氮结瘤能力 

该研究首次解析了豌豆根瘤菌NodD效应分子结合结构域与类黄酮类化合物（橙皮素）结合的高分辨复合物结构，解析了NodD识别类黄酮类化合物的机制，并揭示NodD中决定信号识别特异性的关键结构元件。研究团队将苜蓿根瘤菌NodD中的三个关键结构元件替换到豌豆根瘤菌NodD之后发现，改造之后的豌豆根瘤菌NodD也能响应苜蓿根部分泌的类黄酮信号，并展现出和野生型苜蓿根瘤菌相似的结瘤固氮能力。相关成果以“The molecular basis of the binding and specific activation of rhizobial NodD by flavonoids” 为题发表在Science期刊。

图2 微量热涌动（MST）实验证明根瘤菌NodD蛋白对类黄酮信号分子的响应

设施贡献

该研究中的微量热涌动（MST）实验得到了国家蛋白质科学研究（上海）设施规模化蛋白质制备系统的支持。