中国科学院分子植物科学卓越创新中心的杰里米·默里团队和张余团队在北京的这次合作，把豆科植物与根瘤菌如何精准识别并接纳对方的奥秘给揭开了，为农业绿色转型找到了新方向。北京时间1月9日，国际顶尖学术期刊《科学》把这项由上海主导的基础研究成果发表了出来。研究发现，NodD蛋白其实是根瘤菌用来识别豆科植物根系分泌的“类黄酮”信号的关键“锁”，而“钥匙”就是特定的黄酮分子。虽然土壤里有很多微生物，但豆科植物能够在这种复杂环境中“认出”正确的伙伴，正是因为它们之间存在一种高度特异的“双重锁-钥”机制。杰里米·默里的团队经过多年努力，以豌豆和苜蓿的根瘤菌为模型，利用多种学科手段成功解析了NodD蛋白与橙皮素的复合物结构。这个结构揭示了NodD蛋白有个独特的“双口袋”构象，里面的化学特性刚好能匹配特定的黄酮分子。豌豆根瘤菌和苜蓿根瘤菌的NodD蛋白序列相似度高达80%，但它们对不同信号的偏好却完全不一样。为了搞清楚原因，研究人员做了精细的“区域交换”和“点突变”实验，最终锁定了决定这种偏好的几个关键氨基酸残基。更神奇的是，他们把苜蓿根瘤菌NodD蛋白的三个关键区域移植到豌豆根瘤菌上，改造后的蛋白居然能转而识别苜蓿的信号并恢复结瘤能力。这项研究把共生识别机制的分子基础给阐明了，也为人工设计根瘤菌的宿主识别特性提供了蓝图和改造靶点。科学家未来有望通过精准的蛋白质工程培育出“专属”的固氮菌株，实现“一对一”的靶向增效固氮。杰里米·默里表示，这次成果离不开上海的平台和开放合作的环境，这是国际科技合作攻克基础科学问题的又一成功范例。