北京时间10月29日凌晨2点，国际学术期刊《科学》在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心Jeremy Dale Murray研究组及其合作团队完成的研究论文，题为“NIN-Like Protein Transcription Factors Regulate Leghemoglobin Genes in Legume Nodules（根瘤起始类蛋白转录因子调控豆科植物根瘤中的豆血红蛋白基因的表达）”。该研究首次发现转录因子NLP家族调控根瘤中豆血红蛋白基因表达的分子机制，揭示了豆科植物建造“固氮工厂”的秘密。
关于这一科学研究的故事要从豆科植物的固氮作用说起。
豆科植物，如大豆、豌豆等，能够与土壤中的固氮根瘤菌建立互惠互利的共生关系，进而形成一座天然的“固氮工厂”——根瘤。
根瘤中的固氮根瘤菌能把大气中的氮气转变成植物可利用的氨，但是这个转变过程需要在低氧环境中进行。
为了提高根瘤菌的固氮能力，豆科植物会产生大量豆血红蛋白来紧密结合根瘤中的氧气，从而提高“固氮工厂”的工作效率。但是，豆科植物是如何调控豆血红蛋白基因表达的呢？这一点至今困扰着科学家们。Jeremy Dale Murray带领团队揭开了其中的奥秘。
研究发现，豆科植物NLP基因家族中的两个成员NLP2和NIN在根瘤中具有“高人一等”的表达量，当植物缺少了NLP2时，豆血红蛋白基因的表达就会受到抑制，导致根瘤的固氮能力下降。
进一步研究还发现，NIN和NLP2可以结合特殊的“硝酸盐响应位点”来激活根瘤中豆血红蛋白基因的表达，从而平衡根瘤中的氧气含量，促使根瘤高效固氮。
该研究成果阐述了豆科植物生物固氮的新调控机制，为提高豆科植物的固氮能力提供了理论基础，并有助于对水稻和玉米等非豆科植物实现自主固氮的研究，进而减少工业氮肥的使用，节约农业生产成本，推动农业可持续发展，保护生态环境。