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Science | 河南大學王學路團隊在豆科共生固氮領域取得突破性進展!
————揭示了為什麼共生結瘤固氮需要光的機制,為設計在暗處也可以共生固氮的植物提供了獨特手段

【新聞作者:王學路團隊  來自:  已訪問: 責任編輯:劉旭陽 】

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信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。

2021年10月1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,在根中被根瘤菌激活的共生信號關鍵組分CCaMK磷酸化激活,誘導根瘤形成的機制。

該研究首先設計了一系列精巧的實驗,證明光合產物和光信號在調控共生結瘤過程中的作用不同,光合產物是促進根瘤菌侵染植物所必需的,但是來自地上的光信號是促進大豆地下根瘤發育的關鍵因子。作者鑑定了大豆中受光誘導的蛋白GmFTs和GmSTF3/4,從地上移動到地下,在根中相互依賴促進根瘤形成。並進一步通過質譜、分子生化和遺傳分析證明共生信號通路關鍵組分CCaMK被根瘤菌激活後通過磷酸化GmSTF3/4,促進GmSTF3/4和GmFTs互作。GmFTs-GmSTF3/4能夠直接激活根瘤起始關鍵基因NINNF-YA1NF-YB1的轉錄,從而調控根瘤形成。

綜上,該研究揭示了CCaMK-STF-FT模塊整合地上光信號和地下共生固氮信號,調控根瘤形成的機制。該機制使宿主植物的根能夠感知地上環境是否能可持續地為地下共生固氮提供必需能量,從而開啓根部共生結瘤。該研究揭示了植物地上-地下協同發育的新機制,為設計在暗處也可以共生固氮的新型植物提供了關鍵技術手段,為優化生物圈碳-氮平衡提供了新思路。

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持。

王學路教授團隊長期從事植物遺傳學、植物激素信號轉導、菌植互作以及與逆境互作,調控植物生長髮育的研究。最近,在河南大學作物逆境適應與改良國家重點實驗室組建“生物固氮和豆科生物學”團隊,以大豆為主要研究對象,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。近期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。

論文鏈接://www.science.org/doi/10.1126/science.abh2890


錄入時間:2021-10-01[打印此文]【四方物流】[關閉窗口]

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