通过在非结瘤物种中进行根瘤工程，证明结瘤进化具有单一起源

固氮根瘤共生为固氮类群（Nitrogen (N)-fixing clade, NFC）中的植物提供了一种可持续的氮来源。关于结瘤究竟是经历了一次起源并伴随多次丧失，还是在一次易感性事件之后多次独立演化而来，长期以来一直存在争论。在此，我们证明，在放线菌根结瘤植物 Datisca glomerata 与豆科植物 Medicago truncatula 之间，根瘤器官发生过程是完全保守的，表现为由 Nodule INception（NIN）调控并导致根瘤萌发的发育程序完全保守。NFC 内固氮能力的趋同丧失与 NIN 的丧失相关；同时我们表明，通过修复 NIN 功能，可以在草莓这一 NFC 中不结瘤的成员中构建出类根瘤发育。类似的 NIN 工程改造还导致了大麦根发育响应的改变。我们的研究结果与“单次获得”假说一致，即在 NFC 内的物种中，修复 NIN 能够重现根瘤形成，这表明，理解结瘤的祖先状态有助于实现其工程化。

固氮根瘤共生为固氮类群（Nitrogen (N)-fixing clade, NFC）内的植物提供了可持续的氮源。关于结瘤是仅演化过一次、随后发生多次丧失，还是在一次易感性获得事件之后多次独立演化而来，学界长期存在激烈争论。在此，我们证明根瘤器官发生在放线菌根结瘤植物 Datisca glomerata 与豆科植物 Medicago truncatula 之间是完全保守的，表明由根瘤起始因子（Nodule INception, NIN）调控并最终导致根瘤形成的一整套发育程序完全保守。NFC 内固氮能力的趋同丧失与 NIN 的丧失相关；我们进一步表明，通过修复 NIN 功能，可以在草莓这一 NFC 中非结瘤成员中构建出类根瘤发育。类似的 NIN 工程化处理还在大麦中导致了根发育响应的改变。我们的研究结果与“单次获得”假说一致：在 NFC 内物种中修复 NIN 可重现根瘤，表明理解结瘤的祖先状态有助于实现其工程化。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.31.728964v1?rss=1

🏷️ 根瘤共生 结瘤进化 NIN基因 根瘤工程 固氮植物