研究揭示沙棘放線菌固氮生物學機制

近日，《新植物學家》（New Phytologist）在線發表了來自中國科學院分子植物科學卓越創新中心、深圳華大生命科學研究院農業基因組學國家重點實驗室、山西晉中市林業科學研究所等多家單位合作的題爲The genome of Hippophae rhamnoides provides insights into a conserved molecular mechanism in actinorhizal and rhizobial symbiosis的研究論文。該研究組裝了沙棘染色體級別的參考基因組，探究了沙棘放線菌固氮生物學機制。

豆目、薔薇目、葫蘆目和殼鬥目的部分植物能夠與根瘤菌或放線菌共生固氮，其中豆科植物與根瘤菌共生固氮的分子機理研究深入。目前，放線菌共生固氮沒有好的研究模式植物，因此放線菌共生固氮機理研究少、進展慢。沙棘是胡頹子科沙棘屬落葉性灌木，適應於缺水少肥的華北及西北貧瘠地區，是防風固沙功臣，最重要的是其根部與放線菌共生固氮；其果實富含維生素C及黃酮等活性物質，是健康飲品的原料供給者，具有重要的生態和經濟價值。

該研究以採自山西的沙棘爲材料，組裝染色體級別的參考基因組，理清存在爭議的固氮分支植物的演化關係。沙棘與其近親物種冬棗大約在7-8千萬年前分化開；兩者分道揚鑣後，沙棘又經歷了一次特有的全基因組複製事件。

研究團隊對沙棘的根瘤樣品進行微生物多樣性分析，確定放線菌Frankia爲其根瘤共生微生物的主要來源，並對沙棘根瘤和根等多個組織進行轉錄組測序，通過比較沙棘根瘤共生誘導和苜蓿中根瘤固氮共生相關基因，發現共生相關基因中絕大多數呈現出直系同源關係，如NIN, RPG, NSP2, DMI2等，表明豆科植物-根瘤菌共生和放線菌根瘤共生的保守性。沙棘參考基因組爲研究沙棘的分子生物學、植物-放線菌共生以及沙棘的遺傳改良提供了科學基礎。

該研究還利用沙棘基因組、轉錄組等信息鑑定出維生素C合成通路相關基因，繪製沙棘維生素C合成的代謝通路圖。

該研究得到了國家重點研發計劃、中科院和國家自然科學基金等項目的資助。

沙棘根瘤切片

來源：中國科學院分子植物科學卓越創新中心