Science 新发现 | 原核生物小RNA调控真核生物生物学功能！马渐新团队发现大豆结瘤调控新机制...

土壤中的根瘤菌可以在多数豆科植物的根部共生形成根瘤，并在根瘤中利用其自身含有的固氮酶将空气中的游离氮还原为植物能够直接利用的氨态氮，该过程称为生物固氮，是农业与自然生态系统中植物赖以生存的重要氮源。然而宿主植物通过根瘤菌固氮是要付出代价的，那就是要供给根瘤菌生存所需要的无机盐营养和能源。先前研究表明，豆科植物中存在多种分子机制控制根瘤的数目，从而维系其生长与固氮能耗间的平衡【1】。但这是否意味着“寄人篱下”的根瘤菌就只能“逆来顺受”了呢？

7月25日，国际期刊Science（First Release）在线发表了由美国普渡大学农学系与植物生物学研究中心马渐新教授实验室完成的题为Rhizobial tRNA-Derived Small RNAs Are Signal Molecules Regulating Plant Nodulation的研究论文【2】，首次报道了原核生物根瘤菌tRNA衍生小片段调控大豆结瘤的分子机制。

该研究发现根瘤菌tRNA衍生的小RNA片段（tRFs）能够在根瘤中劫持大豆细胞中的RNA干扰机器来降低大豆基因组中一些结瘤抑制基因的表达，从而促进大豆结瘤并提高根瘤数目 （图1）。

图1 大豆根瘤数目受根瘤菌来源的tRF及其靶标基因的调控

（A） 敲除tRF靶标基因导致根瘤数目增加

（B） 过量表达tRF靶标基因导致根瘤数目减少

（C） 通过STTM降低tRF表达导致根瘤数目减少

研究结果也表明在根瘤菌与其宿主植物的共生过程中双方共同调控根瘤数目，实现合作共赢 （图2）。该论文系原核生物小RNA调控真核生物重要生物学功能的首例报道，有望为研究大自然中广泛存在的共生关系，例如人体与肠道微生物间的共生等，提供新的研究思路。

图2 大豆结瘤调控机制示意图

图中红色标线表示植物自身对结瘤的负调控机制[1]，绿色标线表示根瘤菌对结瘤的正调控机制[2]。AON，自我调节机制（autoregulation of nodulation）；NON, 氮调节机制（nitrogen regulation of nodulation）. RIC1和RIC2，nitrogen-suppression CLAVATA3/EMBRYO surrounding region-RELATED (CLE) peptides 1 和 2.

据悉，马渐新教授实验室任勃博士和王旭彤博士为该论文的共同第一作者，段静波博士为共同作者，马渐新教授为通讯作者。

参考文献

1. B. J. Ferguson, C. Mens, A. H. Hastwell, M. Zhang, H. Su, C. H. Jones, X. Chu, P. M. Gresshoff, Legume nodulation: The host controls the party. Plant Cell Environ. 42, 41-51 (2019).

2. B. Ren, X. Wang, J. Duan, J. Ma, Rhizobial tRNA-derived small RNAs are signal molecules regulating plant nodulation. Science 10.1126/ science.aav8907 (2019).

论文原文：

10.1126/ science.aav8907