科学家发现豆类植物的基因“关闭开关”限制了生物获取营养的能力

一组国际科学家首次发现了一种基因“关闭开关”，它关闭了豆类植物将大气中的氮转化为营养物质的过程

豆类、豌豆和小扁豆等豆类在作物中是独特的，因为它们能够与土壤细菌相互作用，将氮转化或“固定”为可用的营养物质。然而，当土壤中的氮通过自然过程或通过施用合成肥料已经丰富时，这种能源密集型的生物过程就会减少

当土壤硝酸盐水平高时，基因调节因子会关闭固氮作用，这一最新发现使科学家能够去除模式豆类中的基因，确保无论土壤环境如何，它们都能继续固定氮

提高豆类植物固定氮的生物能力有助于提高作物生长和产量，同时减少对合成肥料的需求，因为合成肥料会对农业的环境造成影响。

这项研究的结果发表在《自然》杂志上，是国际农业营养共生项目的一部分

“从农业角度来看，持续固氮可能是一种有益的特性，可以提高氮的可用性，无论是对豆类还是对未来依赖豆类种植后土壤中残留氮的作物来说，”首席作者、拉筹伯大学讲师、拉筹贝可持续农业与食品研究所（LISAF）和动植物与土壤科学系研究小组组长、ENSA研究员Dugald Reid博士说

“这有助于为未来的研究奠定基础，为我们管理农业系统提供新的方法，以减少氮肥的使用，增加农场收入，并减少氮肥使用对环境的影响。”

该团队在筛选了150000株基因被敲除的豆科植物后，发现了被称为“硝酸盐下固定”（FUN）的调节因子，以确定植物如何控制从固氮到土壤氮吸收的转变

FUN是一种被称为转录因子并控制其他基因水平的基因，被发现存在于豆类中，无论其是活性的还是非活性的，也无论氮水平如何

“作为研究的一部分，我们为温室中的数千种植物设计了一个基因筛选，以识别将环境触发因素与生物信号联系起来的基因，”该论文的合著者、ENSA研究员林杰顺博士说

“通过提高模型豆类可用的硝酸盐水平，我们能够识别那些固氮调节受损的作物，并发现FUN突变体。”

然后，该团队结合生物化学、基因表达研究和显微镜，发现当FUN不活跃时，它会形成长蛋白丝

这导致了第二次发现，即锌水平在触发FUN变得活跃和停止固氮中发挥作用

“我们发现，土壤氮的变化会改变植物中的锌水平。锌以前与固氮的调节无关，但我们的研究发现，锌水平的变化反过来会激活FUN，然后FUN会控制大量停止固氮的基因，”合著者兼ENSA研究员卡斯珀·安德森博士说

“因此，去除FUN会创造一种条件，使植物不再停止固氮。”

这项研究由澳大利亚拉筹伯大学和丹麦奥胡斯大学的科学家领导，并与欧洲同步辐射设施（ESRF）、西班牙植物生物技术中心和马德里理工大学（UPM）合作

研究人员现在正在调查大豆和豇豆等常见豆类作物在失去FUN活性时的表现