豆科植物距今已有約6000萬年的演化歷史，相較水稻和玉米，其神奇之處在于它可以和土壤中的根瘤菌共生，將空氣中的氮氣轉化為豆科植物可利用的養(yǎng)分，從而減少氮肥的使用。

如此特精妙的生命體之間的合作，始于的“身份驗證”——豆科植物根部會釋放一種名為“類黃酮類化合物”的化學信號，如同一把特制的“鑰匙”；只有攜帶了“分子鎖”即NodD蛋白的根瘤菌靠近時，這把“鑰匙”才能與之匹配，從而觸發(fā)共生程序。然而，“鑰匙”和“分子鎖”之間，為何能夠實現(xiàn)如此一、的識別與激活？這成為困擾科學數(shù)十年的核心謎題。

北京時間2026年1月9日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心加拿大籍科學杰睿（Jeremy Murray）團隊與張余團隊合作，在國際學術期刊《科學》上發(fā)表突破研究成果，次在分子層面闡明了這一現(xiàn)象背后的核心機制。

杰睿（左）與張余。受訪者提供

【未來有望實現(xiàn)“一對一”靶向固氮】

據(jù)悉，這座通體由玻璃構筑的德累斯頓工廠，自 2002 年投產(chǎn)以來便以“可視化生產(chǎn)”成為城市地標和網(wǎng)紅工廠，初為端車型輝騰打造。彼時擔任大眾集團CEO的費迪南德·皮耶希認為集團旗下的端品奧迪仍無法和奔馳、寶馬競爭，輝騰作為其遠大愿景的產(chǎn)物被出。為此，大眾集團斥資1.87億歐元修建了德累斯頓工廠，它沒有車身制造、涂裝或沖壓車間，只承擔著后的組裝工作。

大自然有兩萬多種豆科植物和約數(shù)十萬種根瘤菌。研究人員發(fā)現(xiàn)，根瘤菌中的NodD蛋白如同一個精密的分子鎖，其結合“口袋”的形狀和關鍵氨基酸的排列，決定了它能被哪一種類黃酮所激活。正是這些微小的結構差異，構成了不同豆科植物與其屬根瘤菌伙伴之間識別的分子基礎。

研究人員比較了苜蓿與豌豆的根瘤菌NodD，盡管二者整體相似度達80%，但是它們對類黃酮類化合物的響應“偏好”非常不同。進一步研究發(fā)現(xiàn)，將苜蓿根瘤菌中負責信號識別激活的關鍵氨基酸，“移植”到豌豆根瘤菌NodD上后，預應力鋼絞線它也能響應苜蓿根部分泌的類黃酮信號，并展現(xiàn)出與野生型苜蓿根瘤菌相似的固氮能力。這個精巧的“分子嫁接”實驗，以直接的方式證明：正是NodD蛋白上這幾個位置的氨基酸，如同鎖芯中的關鍵齒紋，決定了共生伙伴識別的特異。

這項成果不僅解答了科學問題，更為人工設計固氮體系開辟了新路徑。未來通過改造NodD蛋白，不僅能定制適應特定作物的固氮菌株，實現(xiàn)“一對一”靶向固氮，更為動水稻、玉米等非豆科作物建立類似共生關系，減少農(nóng)業(yè)化肥使用，打下了堅實理論基礎。

【為何選擇在上海工作】

今年是杰睿全職加入分子植物科學中心的8年，這也是他來到上海后二次以通訊作者身份在國際學術期刊《科學》上發(fā)表論文。

為何選擇在上海工作？這是杰睿經(jīng)常被問到的一個問題。去年一位英國官員訪問分子植物科學中心時也問了他同樣的問題。“只有在上海我做出了這么好的研究！”杰睿如是回答。

此前他在英國約翰·英納斯中心工作，兩位中國同事謝芳和王二濤先后來到了分子植物科學中心，并做出了出的研究。“上海這研究機構當時在國際上就已非常出名，再加上我的妻子是一位中國人，我想來上?？匆豢础！?/p>

盡管至今只會說簡單的中文，但他表示上海是一座國際化城市，生活非常便利?！罢f到科學工作，可能很多外國人不會一個想到中國，但這里確實是一個很不錯的選擇。我在上海的研究組規(guī)模比之前的都大，許多想要做的研究都可以去探索?！?/p>手機號碼：15222026333

分子植物科學中心為杰睿配備了科研“管”，處理各種日常事務，這樣他可以注于自己感興趣的固氮研究。而能否把與豆科植物固氮相關的基因放到玉米、水稻等非豆科植物中去，使它們也能夠將空氣中的氮氣轉化為可利用的養(yǎng)分，是國際上的一個前沿科學問題，比爾·蓋茨基金會也在國外連續(xù)資助相關研究。

截至2025年12月31日，分子植物科學中心共有在職外籍人員7人、在站外籍博士后2人，分別來自英國、西班牙、加拿大、韓國、日本等國。

相關詞條：不銹鋼保溫施工 塑料管材生產(chǎn)線 鋼絞線廠懷化預應力鋼絞線價格