科学家揭开了ENOD40的长期谜团，ENOD40是豆科植物结瘤研究中标记根瘤身份的先驱基因

一个30多年前被发现的基因，如今揭示了它作为一种天然microRNA (miRNA)海绵，可以微调豆科植物的结瘤途径。研究人员发现，ENOD40基因可以隔离一个通常会下调结瘤正调控因子的miRNA。

　　

得益于瓦赫宁根大学和剑桥大学塞恩斯伯里实验室领导的国际合作，30 多年前发现的一个基因现已揭示其作为天然微小 RNA (miRNA) 海绵的作用，可以微调豆科植物结瘤途径。 

根瘤是豆科植物根部的特殊器官，为土壤细菌提供栖息地和碳，以换取氮。 

早期结瘤基因 (ENOD40) 于 1993 年由瓦赫宁根大学的合作者在大豆 (Gylcine max) 中首次发现，其在根瘤形成的早期阶段活跃。 

ENOD40作为最早对启动根瘤形成的土壤细菌作出反应的基因之一，长期以来一直作为研究植物-微生物根共生关系的标记基因。 

接种后仅数小时内，在发生任何可见变化之前，ENOD40 在根组织深处被激活，标志着植物决定开始建造细菌家园。  

然而，其确切作用尚不清楚。发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究发现，ENOD40 可以隔离一种通常会下调结瘤正调控因子的 miRNA。已知 miRNA 通过与信使 RNA (mRNA) 结合来调节基因表达，在这种情况下，mRNA 编码一种正调控因子，并指示 mRNA 被破坏。通过隔离 miRNA，ENOD40 可以微调正调控因子的表达，从而成功形成固氮根瘤。 

研究团队培育出了一种豆科植物模型突变体——缺乏 ENOD40 的蒺蒺藜藜苜苜蓿蓿，并发现其结根能力大大降低。 

“ENOD40 的基因结构很不寻常：一端编码仅含 12-13 个氨基酸的微小肽，而另一端含有高度保守的 RNA 片段，称为‘box2’，”来自剑桥大学塞恩斯伯里实验室的第一合著者 Nadia Mohd-Radzman 博士说。

“这个 box2 区域模拟了 microRNA169 的结合位点，阻止它靶向 NF-YA1——结节形成初期所需的核心正调节剂。” 

“这是我们第一次发现一种结合了这两种不寻常特征的植物基因，它编码一种带有内置 microRNA 模拟物的小肽。 

值得注意的是，仅引入 box2 区域（甚至是 microRNA 靶标的人工模拟物）就能恢复大部分丢失的能力。 

“这就像发现你信赖的旧实验室工具一直是一个老练的双重间谍。” 

Mohd-Radzman 博士将 ENOD40 的假定双重功能描述为优雅而不同寻常的。 

这种双重结构，其中小肽编码能力嵌入非规范 RNA 转录本中，是真核生物中发现的第一个此类结构。 

十多年后，即2007年，一种名为tarsal-less的类似基因在果蝇（Drosophila melanogaster）中被发现。与ENOD40类似，该基因具有双重功能，可以从较长的mRNA转录本中编码肽。 

Mohd-Radzman 博士说：“这项工作不仅解决了植物分子生物学中长期存在的难题，还揭示了植物如何微调与微生物共生关系的新控制层面。” 

Radzman博士补充道：“ENOD40确实是一个多面分子。既然我们已经通过box2确定了它的靶标模拟功能，未来的研究将深入探究它的肽编码潜力和RNA结构如何进一步促进根瘤形成及其他功能，因为这些特性如何与植物根瘤相关尚不清楚。这些特性是与不同的过程相关，还是相互交织以控制同一过程？” 

“单细胞和空间转录组学等新兴工具可能很快就能阐明 ENOD40、miRNA169 和 NF-YA1 之间的细胞特异性相互作用，从而揭示豆科植物如何协调共生器官发生的更精细的细节。 

“这些发现代表了我们对植物 lncRNA 和肽的理解的一个重要飞跃，对改善豆科作物的性能和加深我们对 RNA 介导调控的掌握具有潜在意义。”