氮素是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的大量營(yíng)養(yǎng)元素，也是作物產(chǎn)量的主要限制因素之一。盡管氮元素在大氣中含量豐富，但是不能直接被植物吸收利用，而豆科植物可以通過與根瘤菌共生將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為植物可直接利用的含氮化合物。根瘤作為共生固氮的場(chǎng)所，為根瘤菌提供固氮的微環(huán)境和能量。因此，根瘤器官的發(fā)育調(diào)控機(jī)制是共生固氮研究中最重要的科學(xué)問題之一。

　　2023年10月18日，國(guó)際著名綜述期刊Current Opinion in Plant Biology在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心謝芳研究組撰寫的題為“Cellular and molecular basis of symbiotic nodule development”的綜述論文。該綜述系統(tǒng)總結(jié)了當(dāng)前對(duì)豆科植物根瘤器官發(fā)育的研究進(jìn)展以及分子調(diào)控機(jī)制。根瘤器官的形成涉及兩個(gè)關(guān)鍵過程：根瘤的起始和根瘤的發(fā)育。本綜述系統(tǒng)總結(jié)了在根瘤起始階段結(jié)瘤因子信號(hào)組分如何起始根瘤器官以及能夠引起自發(fā)結(jié)瘤的突變體。進(jìn)一步，本文詳細(xì)論述了植物激素細(xì)胞分裂素通過激活核心轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控根瘤原基階段的細(xì)胞分裂。最后，總結(jié)了根瘤的后期發(fā)育階段包括分生組織的建立與維持、侵染和固氮細(xì)胞的形成以及根瘤維管組織發(fā)生的分子調(diào)控機(jī)制。在未來(lái)展望部分提出了豆科植物根瘤器官發(fā)育研究領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)，展望了新一代空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)在解析根瘤器官細(xì)胞和分子調(diào)控機(jī)制中的應(yīng)用潛力。為提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的固氮效率和增加我們對(duì)植物-微生物互作的認(rèn)識(shí)提供理論基礎(chǔ)。

　　中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士后羅振鵬和劉海月為論文的共同第一作者，謝芳研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然基金項(xiàng)目的資助。

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圖1 結(jié)瘤因子和細(xì)胞分裂素信號(hào)激活根瘤器官的形成

圖2 不定型根瘤的發(fā)育調(diào)控模塊