近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究员团队合作在Cell Host & Microbe期刊上发表题为“Evolution of Root Nodule Symbiosis via Paleopolyploidy and Modular Pathway Rewiring”的研究成果。中科院分子植物卓越中心王二涛研究员、张晓伟研究员，中科院昆明植物研究所伊廷双研究员，山东农业大学李德铢研究员作为文章共同通讯作者。王二涛研究组的侯玲博士后，兰丽影博士，伊廷双研究组刘晖副研究员，王丁洁博士，以及李德铢研究组张荣副研究员作为共同第一作者。
该研究创新性建立专属系统发育分析方法，成功突破基因组重排与基因重复带来的研究瓶颈；研究聚焦根瘤共生基因调控网络演化核心问题，深度解析194个已发表基因组数据及10个新测序基因组数据，实现固氮支系全部10个科、豆科6个亚科的全基因组覆盖，最终首次在单基因水平上，清晰解析出根瘤共生基因调控网络的完整演化架构，通过追溯核心基因的起源与演化轨迹，成功绘制出共生固氮性状的全流程演化蓝图。
研究取得三项核心突破性成果：
证实核心真双子叶植物的γ古六倍体事件，为根瘤共生关键基因的诞生提供了核心分子基础，NIN、CNGCa等核心基因正是在此阶段通过基因复制与功能分化形成，成为根瘤共生调控网络组装的核心基石；
明确根瘤共生初始调控网络（含523个基因）起源于固氮支系的共同祖先，该网络通过模块化招募策略，整合重排菌根共生、硝酸盐响应、胁迫响应三大通路的基因构建而成；其中菌根共生相关基因招募规模远超预期，构成网络核心骨架；硝酸盐通路关键转录因子NIN通过“一拖多”模式，实现对氮信号通路的核心整合与精准调控；胁迫响应通路则负责稳定根瘤微环境，关键基因GT-4调控缺氧响应，保障根瘤固氮功能稳定运转；
揭示豆科植物共生体形成的趋同进化机制：SymSTK激酶与NPL基因在不同豆科支系中被独立招募，二者协同调控细胞壁重塑与共生细菌释放，维持共生体功能稳态；突变体功能验证进一步证实，这两个基因对根瘤正常形成及植物固氮能力至关重要；
该研究构建了一套可推广的复杂性状演化研究范式，将单基因分辨率系统发育分析、AI辅助解析与多维度功能验证深度融合，为解析其他植物复杂性状的时空演化规律及调控架构提供了标准化路径。
共生固氮的演化全景图
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