微生物所孔照胜团队绘制蒺藜苜蓿共生体蛋白质组与代谢组功能图谱

豆科植物与根瘤菌之间的共生固氮作用，是自然界中效率最高的生物固氮方式之一，对提高作物固氮效率、推动绿色农业发展具有重要意义。在共生过程中，根瘤菌被植物来源的膜结构包裹，形成执行固氮功能的"微型工厂"——共生体（symbiosome）。共生体由类菌体（bacteroid）、共生体膜（symbiosome membrane, SM）和共生体空间（symbiosome space, SS）构成。长期以来，共生体的分子组成和代谢动态缺乏系统性解析，尤其对共生体空间的认识十分匮乏。

近日，中国科学院微生物研究所孔照胜团队在Cell Reports 发表题为"Proteomic and metabolomic profiling depicts the functional landscape of the Medicago truncatula symbiosome"的研究论文。该研究构建了模式豆科植物蒺藜苜蓿共生体的高分辨率蛋白质组与代谢组整合图谱，为揭示共生固氮机制提供了重要资源支撑。

该研究通过采用非标记定量蛋白质组学和代谢组学技术，系统解析了蒺藜苜蓿共生体的分子构成，共鉴定到1018个植物来源的共生体蛋白及共生体空间中的数百种代谢物。在共生体膜上，研究鉴定出大量与营养转运、膜运输、受体样激酶及脂筏相关蛋白，表明其为一个高度动态、精密调控的界面；同时，研究发现多种二羧酸转运相关蛋白，并通过转运实验证实其活性（图1），提示碳源供应可能由多个转运蛋白共同完成。蛋白质组与代谢组联合分析表明，共生体空间富集了大量参与碳代谢和氨基酸代谢的酶与代谢物，进一步支持其作为跨界物质交流与固氮活跃场所的功能定位（图2）。此外，通过与大豆共生体的跨物种比较，发现两个物种在碳代谢与氨基酸代谢上高度保守，提示这一代谢框架可能是豆科共生体的通用特征。

该研究从蛋白质与代谢物两个层面系统刻画了蒺藜苜蓿共生体的功能图谱，为理解共生固氮机制提供了新视角，也为植物-微生物共生的工程化改造奠定了基础。

中国科学院微生物研究所已毕业博士吴菁霞和博士研究生樊仔慧为文章共同第一作者，微生物所孔照胜研究员和张霞霞助理研究员为本文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和农业生物育种国家科技重大专项等项目支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.117972

图1 共生体膜上具有转运活性的蛋白

图2 蒺藜苜蓿共生体的蛋白质组与代谢组功能图谱