豆科植物有哪些（扁豆品种大全）

六八 2023年04月02日 16:56 245 0

原创 Cell Press CellPress细胞核科学

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生命科学 Life science

2022年9月1日，福建农林大学海峡联合科学研究院/未来技术学院根系中心陈志长副教授课题组在Cell Press细胞核杂志社期刊Current Biology上发表了一篇新学术论文，题为“Carbon-nitrogen trading in symbiotic nodules depends on magnesium import”。他们辨认出了镁对玉米蚜虫碳-氮互换的关键促进作用，导出了GmMGT4&5宏观调控蚜虫镁的输出，以及参予蚜虫碳-氮互换的操作过程。陈志长副教授为学术论文通讯译者，在读研究生曹红瑞，已大学毕业研究生彭文婷，已大学毕业硕士生聂文文和白霜为学术论文的共同第一译者。

随着世界人口的不断增长，粮食供应供应正面临严重的考验。推动亚洲地区林业可持续产业发展对缓解粮食供应危机至关关键。药用植物与蚜虫菌间的共存动物细胞核以很少的经济和环境成本为林业系统提供更多了大批的氮，对推动农农作物生长和减少化肥投入具备关键象征意义。碳-氮互换是药用植物与蚜虫菌共存的基础。然而，负面影响碳-氮互换的关键不利因素有什么样？这些不利因素是怎样充分发挥促进作用的？这些问题现阶段还没有明确阐述。

本科学研究项目组辨认出，有机质原素在宏观调控蚜虫碳-氮互换操作过程中充分发挥不同的促进作用。其中，镁原素与蚜虫碳的输出和氮的输出关联性最高。通过激光剥蚀-等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）对蚜虫进行空间离子基因组学分析辨认出，镁原素主要就累积在蚜虫外部皮质组织中。同时，本科学研究对玉米蚜虫中主效表达的两对旁系同源基因GmMGT4&5进行了生物学机能科学研究，辨认出GmMGT4&5激酶了蚜虫镁的输出，并将镁累积在外部皮质。此外，体外酶活试验辨认出，镁能转化成定位在蚜虫外部皮质细胞核的胼胝质水解酶GmBG2的特异性，进而推动胞间连丝的内皮细胞和蚜虫碳-氮的互换。

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图1. 蚜虫中有机质原素的空间分布

综上所述，本科学研究辨认出了镁对玉米蚜虫碳-氮互换的关键促进作用，导出了GmMGT4&5宏观调控蚜虫镁的输出，以及参予蚜虫碳-氮互换的操作过程。值得注意的是，本科学研究阐明了镁调节玉米蚜虫共存动物细胞核的新监督机制，即镁在蚜虫外部皮质累积来保持稳定的碳-氮互换操作过程，这有别于之前报道认为的镁主要就在蚜虫动物细胞核区参予能量代谢这一观点。因而，本科学研究结果也为优化玉米养料管理、提升玉米出口量提供更多了新思路。该科学研究得到了国家自然科学基金委员会项目的资助。

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图2. 镁原素宏观调控蚜虫碳-氮互换的模式图

GmMGT4和GmMGT5激酶镁从外部介质进入蚜虫外部皮质细胞核。蚜虫外部皮质中高浓度的镁转化成β-1, 3-多肽酶GmBG2的特异性，水解胞间连丝处的胼胝质，增加胞间连丝的内皮细胞，从而推动植物与蚜虫菌之间的碳-氮互换。

译者访谈

Cell Press细胞核杂志社公众号特别邀请陈志长副教授代表科学研究项目组接受了访谈，请他为大家进一步详细解读。

CellPress：

答共存动物细胞核（SNF）在应对当前粮食供应供应考验中具备什么样的象征意义？现阶段在理解SNF的监督机制中存有什么样症结？

陈志长副教授：

亚洲地区农产品市场需求日益增加，粮食供应供应面临重大考验。到2050年，亚洲地区农作物出口量必须比2005年翻一番，才能满足人们对粮食供应和生物燃料的市场需求。化肥的大批外用成为现阶段农作物增产的关键措施众所周知。长期大批地外用化肥已经带来了不可忽视的负面负面效应，包括肥料利用率降低、沉积物酸化和退化、水体污染和大气氮沉降等，负面影响林业可持续产业发展。药用植物与蚜虫菌的共存动物细胞核以很少的经济和环境成本为林业系统提供更多了大批的氮，是生态系统中氮的关键来源。药用植物与蚜虫菌形成的动物细胞核体系不仅能提供更多自身动物细胞核市场需求，还可以用于轮间作，为其他农作物提供更多可持续固氮作用。此外，蚜虫菌还可以通过活化根际沉积物养料，提升植物养料吸收利用工作效率。因而，提升共存动物细胞核工作效率，对减少化肥外用、提升沉积物肥力和实现林业可持续产业发展具备关键象征意义。

玉米作为一种关键的豆科农作物，其生物动物细胞核量占所有豆科农作物动物细胞核的70%左右，对生态林业的产业发展十分关键。然而在共存动物细胞核科学研究各方面，现阶段主要就的基础性工作和突破性进展都是在后期蚜虫菌的辨识和入侵各方面，对中后期蚜虫的共存动物细胞核工作效率及其负面影响不利因素科学研究十分缺乏。后期的辨识和侵染必然负面影响中后期的共存动物细胞核，因而，怎样避免后期的干扰，独立性科学研究中后期的动物细胞核工作效率，是科学研究SNF监督机制的症结众所周知。另外，保持或提升共存动物细胞核不是一个单不利因素负面效应，而是一个多不利因素综合负面效应。比如蚜虫碳-氮互换很关键，但是它需要有机质原素镁的输出才能保持。现阶段关于动物细胞核工作效率机理科学研究，主要就还是集中在动物细胞核酶各方面。怎样寻找并利用共存动物细胞核的关键协同因子，来提升动物细胞核工作效率，这也是共存动物细胞核领域需要突破的症结众所周知。

CellPress：

答镁（Mg）与碳氮互换操作过程存有什么样的关联性？

陈志长副教授：

镁的输出与蚜虫XeO-氮互换存有高度正相关，即镁输出量越大，蚜虫XeO的输出量和氮的输出量就越大。

CellPress：

答GmMGT4和GmMGT5在皮质细胞核的Mg累积操作过程中充分发挥什么样的机能？

陈志长副教授：

GmMGT4和GmMGT5是两对机能冗余的镁转运蛋白，主要就分布在蚜虫外部和外部皮质细胞核的质膜上。他们共同负责将镁离子从外界吸收进入蚜虫皮质，并累积在外部皮质，这部分镁通过调节细胞核的内皮细胞来负面影响碳-氮互换操作过程。

CellPress：

答Mg是什么样调节胞间连丝内皮细胞的？

陈志长副教授：

镁离子作为转化成剂，可以宏观调控胼胝质水解酶GmBG2的特异性，进而调节胞间连丝处胼胝质的累积。低镁会抑制GmBG2的水解特异性，增加胼胝质的累积，降低胞间连丝的内皮细胞。

CellPress：

答本科学研究的成果能够为优化玉米生产的营养管理和可持续林业的产业发展提供更多什么样的帮助？

陈志长副教授：

一般来说，玉米对镁离子的市场需求量要大于谷类农作物，尤其是结瘤动物细胞核的操作过程中，对镁的依赖性更强。同时，结瘤动物细胞核又受到了氮的负宏观调控，即过量或充足的沉积物氮环境会抑制结瘤。现阶段玉米生产的养料管理还是以大批的化肥投入为主，忽视了蚜虫动物细胞核的促进作用。因而本科学研究成果可以为优化玉米养料管理提供更多新策略，即适当减少化肥的投入，提升中微量肥料比如镁肥的投入，充分发挥共存动物细胞核的优势，可能会带来更大的环境和经济效益。

CellPress：

答您下一步的科学研究重点是什么？

陈志长副教授：

怎样提升蚜虫动物细胞核工作效率，一直是我们的科学研究重点。我们的下一步科学研究目标是寻找更多的与共存动物细胞核工作效率相关的关键协同因子，试图通过操纵或者改进这些关键因子，来提升动物细胞核工作效率。

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译者介绍

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陈志长

副教授

陈志长，福建农林大学海峡联合科学研究院/未来技术学院副教授，研究生导师，国家优秀青年基金获得者，福建省青年五四奖章获得者，福建省“闽江学者”特聘副教授。以通讯译者身份在Nature Plants、Nature Communications、New Phytologist等期刊发表学术论文多篇。主要就科学研究方向：玉米与蚜虫菌共存的养料互换监督机制；植物镁营养高效的生物学监督机制。

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