共生固氮是自然界生物可用氮的最大自然來源，影響農業和自然生態系統的生物量和碳沉積。豆科植物進化出根瘤使得根瘤菌在其中進行共生固氮，這是一個高耗能的過程，研究表明即使提供足夠的光合產物，如果沒有光，豆科植物也不能共生固氮；但是，為什麼光合產物和光訊號對於豆科植物根瘤發育和共生固氮都是必須的，一直是豆科植物共生固氮領域的未解之謎。
近日，河南大學作物逆境適應與改良國家重點實驗室王學路團隊在Science上發表了題為Light-induced mobile factors from shoots regulate rhizobium-triggered soybean root nodulation的研究論文，揭示了大豆中受光誘導表達的GmFTs（FLOWERING LOCUS T）和GmSTF3/4（orthologs of LONG HYPOCOTYL 5）從地上移動到地下，在根中被根瘤菌啟用的共生訊號關鍵組分CCaMK磷酸化啟用，誘導根瘤形成的機制。該項成果是由河南省科研團隊主導並發表在Science上的第一篇研究論文，是該領域在國際上的重大突破。
王學路，國家傑出青年基金獲得者、國務院生物學學科評議組成員、教育部生物科學教學指導委員會委員，2019年12月受聘為河南大學“傑出人才特區支援計劃”第二層次特聘教授，2020年4月擔任河南大學學術副校長。長期以大豆、擬南芥和水稻為系統，圍繞綠色農業發展中的科學前沿和應用問題，採用遺傳學、蛋白質組學、生物化學、細胞生物學和生物資訊學的方法，研究豆科植物與根瘤菌互作以及非豆科植物生物固氮機制、激素訊號轉導網路及其調控作物生長髮育和環境適應性的機制，並開展豆科作物精準改良。
王學路團隊研究成果揭示了豆科植物共生固氮的需光機制，證明光合產物和光訊號在調控共生結瘤過程中的作用不同；同時，大豆地上部分感受到一定強度的光，並透過體內的“信使”（論文發現的新蛋白），將來自地上的光訊號傳遞到大豆根部，這個“信使”是促進豆科植物地下根瘤發育的關鍵因子。這項研究成果為設計弱光或暗處也可以共生固氮的新型植物提供了獨特思路和手段。
“信使”蛋白科普圖（論文發現的新蛋白）
此次研究，河南大學作物逆境適應與改良國家重點實驗室王學路教授和孫世勇教授為該論文的通訊作者，王學路教授團隊的王濤博士為第一作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、科技部國家重大科學研究計劃以及河南大學經費的支援。
王學路教授接受採訪
雖取得重大成就，但王學路教授仍不懈前行。他說：“我們將瞄準國際學術前沿，圍繞國家和黃淮海地區現代農業發展重大戰略需求，以一流課題為牽引，吸引匯聚優秀人才，建成一支在生物固氮和豆科生物學領域，創新活力旺盛、引領學術前沿、奮力拼搏、滿足地方需求的卓越創新團隊，為建設國家創新高地、服務地方經濟社會發展做出應有貢獻。”
擴充套件閱讀：
2019年10月，在河南大學生物學一流學科支撐下，省部共建作物逆境適應與改良國家重點實驗室獲批成立。同年12月，王學路教授加盟河南大學。他結合國家農業發展重大戰略需求以及重點實驗室研究方向，組建了“生物固氮和豆科生物學”研究團隊，不到兩年時間內，已引進7位來自美國、英國、上海、武漢的優秀青年教師加入；吸引了10位畢業於武漢大學、日本京都大學、南京農業大學和華中農業大學等高校的優秀博士畢業生從事博士後研究；並聘請國內著名大豆育種家作為兼職教授，系統開展豆科作物基礎生物學和現代生物育種研究工作。團隊已在Science、Nature Plants和Molecular Plant等國際頂尖或著名雜誌發表論文10餘篇，在審大豆品種9個，已成為生物固氮和豆科植物前沿基礎生物學研究和現代生物育種領域國際領先的創新團隊。
近期，河大“生物固氮和豆科生物學”團隊以大豆為主要研究物件，研究菌植互作的遺傳、發育、分子和進化機制，並開展豆科作物（大豆和花生）品種分子設計。該團隊在大豆與根瘤菌匹配性進化的遺傳與分子機制，以及非生物逆境調控大豆——根瘤菌共生固氮的分子機制方面取得了一系列重要進展。
歡迎關注“河南大學招生辦公室”頭條號，獲取百年學府、“雙一流”建設高校——河南大學最新精彩資訊！
原素材來源：河南大學官網、河南大學官微、鐵塔風鈴官微
