研究人员发现，锌在豆科植物的固氮过程中扮演着关键角色。这一发现，结合转录调控因子Fixation Under Nitrate（FUN）的作用，有可能彻底改变以豆科植物为基础的农业，通过优化作物效率、减少对合成肥料的依赖来实现。通过了解锌和FUN如何调节固氮作用，科研人员可能能够增强氮素输送、提高作物产量，并促进更可持续的农业实践。
关于锌的新知识将改变我们种植作物的方式，因为这能使植物更具气候韧性。这意味着植物能获得对极端天气的更高耐受力，不仅能确保更稳定的作物产量，还能减少对人工肥料的需求，并使豆科植物能够在以前不适宜的地区种植。
细菌可以与豆科植物合作，在根瘤中从空气中固定氮气。然而，根瘤对环境影响敏感，如温度、干旱、洪水、土壤盐度以及土壤中高浓度的氮。
来自丹麦奥胡斯大学的科研人员，与澳大利亚乐卓博大学、西班牙马德里理工大学及法国的科研人员合作，发现豆科植物利用锌作为次级信号整合环境因素并调节固氮效率。2024年6月26日，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）发表了这项题为Zinc mediates control of nitrogen fixation via transcription factor filamentation的研究论文，在这项研究中，科研人员发现FUN是一种新型的锌传感器，它在根瘤中解码锌信号并调节固氮作用。
发现锌作为植物中的次级信号的作用真是令人惊叹。锌是一种至关重要的微量元素，之前从未被考虑为一种信号。在筛选超过15万株植物后，科研人员最终确定了锌传感器FUN，这揭示了植物生物学这一迷人方面的真相。在本研究中，科研人员确认FUN是一个重要的转录因子，当土壤中氮浓度高时控制根瘤分解：FUN受到一种特殊机制的调控，直接监测细胞内锌水平。科研人员表明，当锌含量高时，FUN会失活形成大的丝状结构，而在锌水平低时释放成活性形式。
从农业角度来看，持续的固氮作用可能是一个有益的特性，增加氮的可用性，既有利于豆科植物本身，也有利于与豆科植物共作或后续依赖土壤中遗留氮的作物。这为未来的研究奠定了基础，提供了管理农业系统的新途径，减少了氮肥的使用及其对环境的影响。
这项研究的意义重大。通过理解锌和FUN如何调节固氮作用，科研人员正在开发策略以优化豆科作物中的这一过程。这可能导致增加氮素输送，提高作物产量，减少对合成肥料的需求，而合成肥料对环境和经济都有成本。科研人员目前正探究锌信号如何由FUN生成和解码的机制。他们期待将这些新发现应用于蚕豆、大豆和菜豆等豆科作物上。
丹麦奥胡斯大学助理教授林杰顺和博士后Peter Bjørk为本文共同第一作者；林杰顺、奥胡斯大学教授Kasper Røjkjær Andersen和澳大利亚乐卓博大学Dugald Reid为本文共同通讯作者。
文章来源：植物生物技术Pbj
