由瓦赫宁根大学和剑桥大学塞恩斯伯里实验室牵头的国际合作团队取得重要研究成果，揭示了一个30多年前发现基因的新作用机制，相关论文发表于《美国国家科学院院刊》。这一发现为理解豆科植物与微生物的共生关系提供了全新视角，对提升豆科作物性能意义重大。

根瘤共生：豆科植物的“氮源工厂”

根瘤是豆科植物根部的特殊器官，它为土壤细菌提供栖息地和碳源，细菌则以氮元素作为回报，这种植物 - 微生物的共生关系对豆科植物的生长至关重要。

早期结瘤基因(ENOD40)：长期待解的“谜题”

早期结瘤基因(ENOD40)于1993年由瓦赫宁根大学的科研人员在大豆中首次发现，在根瘤形成的早期阶段十分活跃。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，它长期以来被当作研究植物 - 微生物根共生关系的标记基因。接种后数小时内，在根组织出现任何可见变化之前，ENOD40便在根组织深处被激活，标志着植物开始为细菌建造“家园”，但其确切作用此前一直不明。

基因“双重间谍”作用机制揭秘

研究人员发现，ENOD40能够隔离一种通常会下调结瘤正调控因子的microRNA(miRNA)。已知miRNA通过与信使RNA(mRNA)结合来调控基因表达，在此过程中，编码正调控因子的mRNA会被指示破坏。而ENOD40通过隔离miRNA，微调了该正调控因子的表达，从而成功促进固氮根瘤的形成。

研究团队培育出缺乏ENOD40的豆科植物模型突变体——蒺藜苜蓿，发现其结根能力大幅降低。剑桥大学塞恩斯伯里实验室的第一合著者Nadia Mohd - Radzman博士介绍，ENOD40的基因结构极为特殊，一端编码仅含12 - 13个氨基酸的微小肽，另一端包含一段高度保守的RNA，称为“box2”。这个box2区域能够模拟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)。这是首次发现一种同时具备编码带内置microRNA模拟物小肽这两种不寻常特征的植物基因。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结瘤能力。

跨物种发现与未来研究方向

无独有偶，十多年后的2007年，一种名为tarsal - less的类似基因在果蝇中被发现，该基因同样具有双重功能，能从较长的mRNA转录本中编码肽。

Mohd - Radzman博士表示，这项工作不仅解决了植物分子生物学中长期存在的难题，还揭示了植物微调与微生物共生关系的新控制层面。ENOD40是一个多面分子，目前虽已通过box2确定了其靶标模拟功能，但未来的研究将深入探究其肽编码潜力和RNA结构如何进一步促进根瘤形成及其他功能。这些特性是与不同过程相关，还是相互交织控制同一过程，目前尚不清楚。

Mohd - Radzman博士还提到，单细胞和空间转录组学等新兴工具或许能很快阐明ENOD40、miRNA169和NF - YA1之间的细胞特异性相互作用，揭示豆科植物协调共生器官发生的更精细细节。这些发现代表了我们对植物lncRNA和肽理解的重要飞跃，对改善豆科作物性能和加深对RNA介导调控的掌握具有潜在意义。

更多信息： Franssen, Henk J., 苜蓿(Medicago truncatula)lncRNA ENOD40介导microRNA169调控的NF-YA活性，参与根瘤形成，《美国国家科学院院刊》(2025)。