Molecular Plant | 中国农业大学在豆科植物共生固氮的能量调控方面取得重要进展！

以下文章来源于Ad植物微生物 ，作者中国农业大学

真核生物有多种应对各种营养胁迫的策略。真核生物使用的最关键策略之一是它们的能量转换能力，以高效、快速地应对营养胁迫并及时调动能量。先前的研究发现，哺乳动物中的 AMPK、植物中的 SnRK1 和酵母中的 SNF1 是能量枢纽；这些蛋白在所有真核生物中都是保守的，可以通过全系统转录和代谢重编程整合细胞营养、能量和应激信号网络，从而影响生长发育和生存的能量需求平衡。作为一种精细的激酶复合物，AMPK/SnRK1/SNF 由三个亚基组成：α 是复合物激酶催化活性的关键亚基，β 和 βγ 是其调控的关键亚基。在不同物种中发现的机制表明，这些能量传感蛋白调节能量平衡的机制多种多样。在哺乳动物中，AMPKα可被葡萄糖饥饿激活，并抑制中枢丝裂原通路，从而抑制细胞生长。

在植物中，也发现了两种具有功能冗余的保守 SnRK1α 蛋白。进一步的研究发现，这些蛋白根据不同的亚细胞区域具有不同的功能。在细胞质中，SnRK1α能使关键的重要代谢酶磷酸化，从而关闭多种耗能的合成代谢途径，抑制生物合成。在细胞核中，SnRK1α还能使某些转录因子磷酸化，从而上调代谢基因的转录水平，激活分解代谢以抵抗碳缺乏。与其他植物不同，从缺氮到固氮，豆科植物通过其独特的共生系统有效地解决了缺氮问题。然而，共生固氮是一个高度耗能的过程，豆科植物如何协调这一固有的能量调节系统进行共生固氮仍不清楚。作为代谢重编程因子，SnRK1是否以及如何在共生固氮中做出反应仍不清楚。

2023年8月19日，国际权威学术期刊Molecular Plant发表了中国农业大学的最新相关研究成果，题为Legume-specific SnRK1 promotes malate supply to bacteroids for symbiotic nitrogen fixation的研究论文。中国农业大学王涛、董江丽为论文的共同通讯作者（Molecular Plant | 中国农业大学研究揭示共生固氮根瘤的单细胞转录组!）。

生物固氮是有效管理全球氮循环的自然过程，每年为农业系统提供 50-70 Tg 的生物固定氮。豆科植物的结瘤是一种高能耗行为，它向类菌体提供碳源，并获得氮源作为回报。能量传感蛋白 SnRK1 是真核生物能量调节的枢纽，然而，SnRK1如何在共生固氮过程中协调能量和物质分配的分子机制尚不清楚。在这篇文章中，科研人员发现 SnRK1 家族中出现了一种新型豆科植物特异性 SnRK1α4 并对共生固氮进行正向调控。表型分析表明，SnRK1α4过表达植株的根瘤大小和固氮酶活性增加，而snrk1α4突变体的根瘤大小和固氮酶活性显著降低。科研人员证明，参与结瘤的一个关键上游激酶 DMI2 能在 Thr175 处磷酸化 SnRK1α4 以导致其活化。进一步的证据表明，SnRK1α4 磷酸化苹果酸脱氢酶 MDH1/2，促进细胞质中苹果酸的产生，为类菌体提供碳源。因此，科研人员的发现揭示了DMI2-SnRK1α4-MDH途径在促进共生固氮的碳源向类菌体供应方面的重要作用，并为构建谷类作物的共生固氮作用提供了一个新模块。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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