陕西
大豆作为重要的植物蛋白来源，在国计民生中占据重要地位。共生固氮能够减少豆科作物氮肥投入并提高籽粒产量。然而，我国农业生产中由于过量施肥导致土壤无机氮累积，引发抑制大豆结瘤固氮的“氮阻遏”效应，不仅增加生产成本、加剧生态环境压力，也限制了大豆产量潜力的发挥。因此，解析高氮介导大豆成熟根瘤衰老的分子机制，对实现减肥增效、培育适配我国土壤条件的绿色高产大豆品种具有重要实践价值。
近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表广州大学关跃峰教授团队题为“GmNIGT2a/2b-mediated transcriptional cascade buffers high-nitrogen-triggered nodule senescence in soybean”的研究论文。该研究揭示，硝酸盐诱导型GARP转录因子GmNIGT2a/2b介导的级联反应能够延缓高氮下大豆根瘤的快速衰老进程，拓展了豆科植物根瘤“氮阻遏”的转录调控网络。
该研究发现，在高氮条件下，GmNLP4a/4b激活GmNIGT2a/2b的表达，二者构成高氮响应转录级联模块。与野生型相比，高氮条件下的gmnigt2a/2b双突变体根瘤衰老显著加快，固氮酶活性下降，其转录组受到更强扰动。RNA-seq与DAP-seq联合分析发现，GmNIGT2a/2b能够抑制大量高氮响应核心基因的表达，其中包括NAC、WRKY、bZIP转录因子及海藻糖代谢相关基因。ChIP-qPCR和Dual-LUC实验表明，GmNIGT2a/2b直接结合并抑制介导根瘤衰老的关键NAC转录因子SNAP3和NAC039。遗传分析显示，SNAP3过表达可直接诱发成熟根瘤衰老并降低固氮能力。这些结果表明，GmNIGT2a/2b转录级联通路能够缓冲高氮触发的根瘤衰老信号，维持成熟根瘤的功能可塑性，完善了大豆根瘤高氮响应的转录调控网络。
GmNIGT2a/2b调控高氮条件下根瘤衰老的工作模型
综上所述，该研究发现GmNIGT2a/2b通过级联反应延缓高氮条件下大豆成熟根瘤的快速衰老进程，为根瘤适应氮波动的转录调控网络提供新的证据。
作者简介
广州大学博士研究生葛天丽、中国科学院大学博士研究生姚晓雷、福建农林大学博士研究生李圆和广州大学副教授汪鑫为该论文共同第一作者。广州大学汪鑫副教授、中国科学院分子植物科学卓越创新中心谢芳研究员、中国科学院南京土壤所陈志长研究员和广州大学关跃峰教授为共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金等项目资助。
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