上海那边，中国科学院分子植物科学卓越创新中心杰里米·默里研究组联合张余研究组搞了个大新闻，1月9日在国际顶刊《科学》上发了一篇重磅论文，首次把豆科植物跟根瘤菌共生固氮的关键蛋白结构给看清了。这研究特别牛，直接在原子层面上揭开了根瘤菌怎么感知植物信号分子的秘密。自然界里，这种共生固氮系统简直就是天然的高效氮肥厂，一年能给全球贡献差不多6000万吨的生物固氮量，相当于全球化肥总产量的三分之二。不过以前大家一直没搞懂，植物分泌的类黄酮信号分子是咋被根瘤菌认出来的。他们这回用豌豆根瘤菌当模型，用X射线晶体学技术把NodD转录因子和类黄酮化合物橙皮素结合的结构给拍出来了。 研究发现，NodD蛋白有两个结合口袋来抓信号分子，一个在蛋白单体里面，另一个在蛋白二聚体的交界处。这种双位点一起干活的识别模式以前还没人见过。仔细一看，蛋白上有三个关键的结构元件组成了一个特别精密的分子识别装置。这装置对橙皮素这些特定的黄酮分子特别有好感，能紧紧抓牢，对其他乱七八糟的类黄酮分子就完全不理睬。这下子算是把豆科植物和根瘤菌“一对一”配对的化学密码彻底给破解了。 最有意思的是他们还用结构指导的方法做了点工程实验。他们把原来的NodD蛋白改造成了能识别非天然信号分子的样子。实验结果表明，改造后的蛋白真的能把苜蓿根瘤菌突变体的固氮结瘤能力给救回来。这事儿对搞人工设计跨作物固氮系统太重要了。 科学价值不光在于解开了一个自然之谜，更是给合成生物学在农业里应用指明了新方向。现在种地太依赖化肥了，搞多了容易把土壤弄坏还污染水体。联合国粮农组织那边统计过，全球化肥利用率连50%都不到，咱们国家每年因为化肥流失造成的经济损失都得好几百亿。这次突破说明咱们在这个领域已经走到了国际最前列。 随着人口越来越多粮食需求也跟着涨，发展绿色农业是大势所趋。这个研究就像是给未来设计“定制化”固氮微生物和自主固氮作物画好了分子蓝图。接下来科学家还得努力把这个系统往水稻、玉米这些主粮作物上转。如果能成了，那可能就是一场减少化肥依赖的大变革，对保障咱们的粮食安全和生态安全都能出一把力。