类黄酮是植物产生的一类重要代谢物。在营养胁迫时，豆科植物根部会合成并分泌特定类黄酮物质，如同向土壤中的根瘤菌等有益微生物发出精准的“邀请函”，从而开启共生互作进程。然而，这些微生物伙伴及其所提供的养分服务，需要植物付出大量光合产物作为交换。因此，植物必须对微生物共生实施严格而精细的调控。但是，目前尚不清楚豆科植物如何根据环境中氮、磷营养状况来调控类黄酮的合成和微生物共生。
图左侧为模式豆科植物蒺藜苜蓿，右侧为根部所形成的固氮根瘤。
长期以来，共生信号通路的关键组分NSP（Nodulation Signaling Pathway）蛋白因其在结瘤过程中的核心作用而被广泛研究。近期研究逐步揭示，NSP1/NSP2在宿主与共生体接触之前即已发挥重要作用：它们通过感知营养信号，并调控重要根际信号的合成；例如激活独脚金内酯的合成以促进菌根共生。基于这些研究进展，高锦鹏博士等提出NSP可能作为植物应对不同养分环境的“营养哨卡”（Nutrient Checkpoints）这一新概念（Gao et al., 2025, Trends in Plant Science）。
近日，高锦鹏博士等在国际知名学术期刊Current Biology发表了题为An NSP2-MYB module orchestrates flavonoid biosynthesis and nodule symbiosis的研究长文，系统揭示植物在营养缺乏条件下调控类黄酮合成的关键分子机制。
该研究首先发现，NSP1和NSP2对于植物在营养胁迫下诱导类黄酮合成基因的表达同样必不可少。但是体外结合实验表明，二者并不能直接结合这些基因的启动子，暗示其他组分参与其中。进一步研究鉴定到MYB家族转录因子MYB40直接结合靶基因启动子，并参与结瘤过程。重要的是，NSP2能够与MYB40发生直接互作，增强类黄酮合成基因的表达，从而促进根瘤菌侵染和结瘤。
在缺氮或低磷时，植物诱导NSP2表达，进而与MYB40形成转录调控模块，促进类黄酮合成以招募根际有益微生物。同时，NSP2还可以与NSP1等其它蛋白形成不同复合体，协同激活下游基因。当养分充足时，该通路则通过microRNA等多层次调控机制被抑制，避免不必要的能量消耗。进一步实验表明，过表达miRR-NSP2（抵抗microRNA切割）和MYB40能够显著增强蒺藜苜蓿的结瘤能力。
有意思的是，研究还发现NSP2-MYB模块可能也参与调控苜蓿和大麦与丛枝菌根真菌共生的过程。这暗示该调控机制可能起源于更古老的菌根共生，随后在豆科植物进化中被招募并用于精细调控与根瘤菌的共生，成为植物在多变环境中优化氮获取的一种进化创新。
综上所述，该研究将共生信号转导与代谢重编程直接联系起来，阐明了植物如何通过NSP2这一关键蛋白与不同因子协作，将营养状况信号转化为招募特定微生物的根际化学对话。这一“营养哨卡”机制的解析，为未来通过分子设计培育能智能调控共生、减少化肥依赖的新型作物提供了重要的理论靶点。
利用微生物共生，改造作物营养吸收
剑桥大学作物科学中心为该研究的第一完成单位。高锦鹏博士（现为慕尼黑工业大学博士后）为该论文第一作者和通讯作者，Giles Oldroyd院士（现任职于Donald Danforth Plant Science Center）为共同通讯作者。该课题还得到了Jeremy Murray研究员和王二涛研究员的指导和帮助。中科院分子植物卓越中心平台提供了重要支持。高锦鹏博士主要从事植物营养与微生物共生机制调控的研究，近5年以第一作者或通讯作者（含共同）在Current Biology（2篇）、PNAS、New Phytologist、Trends in Plant Science、aBIOTECH、J Exp Bot等学术期刊发表多篇论文。
该研究主要由盖茨基金会（Gates Ag One）的国际项目Enabling Nutrient Symbioses in Agriculture（ENSA）资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.01.013
热门跟贴