豆科植物根瘤中未侵染细胞特异性酶DEBINO4调控碳氮代谢协同促进固氮的分子机制

来自国际团队的研究人员通过正向遗传学方法，鉴定出豆科植物蒺藜苜蓿根瘤未侵染细胞(UCs)特异性表达的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(DEBINO4/PEPC)，揭示其通过调控碳代谢流维持共生体功能的关键作用。研究发现DEBINO4缺陷会导致共生体早衰，而UCs特异的谷氨酰胺合成酶(GS1a)和PEPC激酶(PPCKs)分别调控铵同化和PEPC活化，共同构建了细胞类型特异的碳氮代谢网络，为优化生物固氮效率提供了新靶点。

　　

在豆科植物根瘤的微观世界里，存在着精妙的细胞分工：被根瘤菌侵染的细胞(ICs)负责大气氮固定，而相邻未侵染细胞(UCs)的功能长期成谜。最新研究揭开了UCs的神秘面纱——这些细胞通过表达独特的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(DEBINO4/PEPC)，像精密代谢调度员般协调碳源供应。

当DEBINO4基因罢工时，根瘤提前衰老，共生体变成"僵尸工厂"无法固氮。深入分析发现，UCs还配备了特异的代谢工具箱：PEPC激酶(PPCKs)如同"分子开关"激活DEBINO4，而谷氨酰胺合成酶(GS1a)则化身"氮处理站"转化铵离子。代谢组图谱显示，这些元件共同构建了时空特异的代谢高速公路——在固氮区形成碳骨架"物流网络"，在侵染区建立氮同化"加工链"。

这项研究首次绘制出根瘤细胞的代谢分工图谱，揭示UCs是维持共生体活力的"幕后指挥官"。这些发现不仅为设计高效固氮作物提供新策略，更启示了细胞间代谢协作的普适规律——就像交响乐团中，每个乐手都必须精准演奏才能成就完美乐章。