近日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王二濤研究員團(tuán)隊(duì)合作在Cell Host & Microbe期刊上發(fā)表題為“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濤研究員、張曉偉研究員，中科院昆明植物研究所伊廷雙研究員，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李德銖研究員作為文章共同通訊作者。王二濤研究組的侯玲博士后，蘭麗影博士，伊廷雙研究組劉暉副研究員，王丁潔博士，以及李德銖研究組張榮副研究員作為共同第一作者。

該研究創(chuàng)新性建立專屬系統(tǒng)發(fā)育分析方法，成功突破基因組重排與基因重復(fù)帶來的研究瓶頸；研究聚焦根瘤共生基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)演化核心問題，深度解析194個(gè)已發(fā)表基因組數(shù)據(jù)及10個(gè)新測(cè)序基因組數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)固氮支系全部10個(gè)科、豆科6個(gè)亞科的全基因組覆蓋，最終首次在單基因水平上，清晰解析出根瘤共生基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的完整演化架構(gòu)，通過追溯核心基因的起源與演化軌跡，成功繪制出共生固氮性狀的全流程演化藍(lán)圖。

研究取得三項(xiàng)核心突破性成果：

證實(shí)核心真雙子葉植物的γ古六倍體事件，為根瘤共生關(guān)鍵基因的誕生提供了核心分子基礎(chǔ)，NIN、CNGCa等核心基因正是在此階段通過基因復(fù)制與功能分化形成，成為根瘤共生調(diào)控網(wǎng)絡(luò)組裝的核心基石；

明確根瘤共生初始調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（含523個(gè)基因）起源于固氮支系的共同祖先，該網(wǎng)絡(luò)通過模塊化招募策略，整合重排菌根共生、硝酸鹽響應(yīng)、脅迫響應(yīng)三大通路的基因構(gòu)建而成；其中菌根共生相關(guān)基因招募規(guī)模遠(yuǎn)超預(yù)期，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)核心骨架；硝酸鹽通路關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子NIN通過“一拖多”模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)氮信號(hào)通路的核心整合與精準(zhǔn)調(diào)控；脅迫響應(yīng)通路則負(fù)責(zé)穩(wěn)定根瘤微環(huán)境，關(guān)鍵基因GT-4調(diào)控缺氧響應(yīng)，保障根瘤固氮功能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；

揭示豆科植物共生體形成的趨同進(jìn)化機(jī)制：SymSTK激酶與NPL基因在不同豆科支系中被獨(dú)立招募，二者協(xié)同調(diào)控細(xì)胞壁重塑與共生細(xì)菌釋放，維持共生體功能穩(wěn)態(tài)；突變體功能驗(yàn)證進(jìn)一步證實(shí)，這兩個(gè)基因?qū)Ω稣Ｐ纬杉爸参锕痰芰χ陵P(guān)重要；

該研究構(gòu)建了一套可推廣的復(fù)雜性狀演化研究范式，將單基因分辨率系統(tǒng)發(fā)育分析、AI輔助解析與多維度功能驗(yàn)證深度融合，為解析其他植物復(fù)雜性狀的時(shí)空演化規(guī)律及調(diào)控架構(gòu)提供了標(biāo)準(zhǔn)化路徑。

共生固氮的演化全景圖