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生长素调控大豆根瘤发生发育分子机制研究取得新进展
发布时间:2017-06-12

近日我校植物科学技术学院李霞教授团队发现miR393通过调控靶基因GmTIR1C影响大豆根系的结瘤数目,论文“GmTIR1/GmAFB3-based auxin perception regulated by miR393 modulates soybean nodulation”于201769日在线发表于国际期刊New Phytologist上。

共生固氮是关乎豆科植物产量和品质的重要性状,也是区别于大多数非豆科植物的一个独特的性状。豆类植物在土壤氮匮缺条件下和根瘤菌互作形成特化的根系侧根器官—根瘤,从而实现了根瘤菌和宿主双赢的一种独特的生物固氮方式,也是在生物固氮中固氮效率最高的固氮形式。已有生理学结果表明生长素及在大豆根系及根瘤发生发育过程中发挥重要作用,但生长素介导大豆结瘤的具体分子机制仍不清楚,特别是生长素信号通路的作用还没有结论。

李霞教授团队发现大豆生长素受体GmTIR1/GmAFB3基因家族成员在大豆根瘤发生发育不同时期具有组织特异的时空表达模式。如果GmTIR1/GmAFB3基因下调表达可以显著降低大豆根瘤发生数目,而过表达GmTIR1CGmTIR1A则显著促进大豆根系结瘤。研究通过5RACE和烟草瞬时转化等方法证明miR393可在转录后水平抑制GmTIR1/AFB3基因功能。同时,miR393在大豆根瘤发生发育过程中也呈现组织特异性的表达模式。过表达miR393或下调表达miR393能够明显影响大豆根系的结瘤数目。研究还发现,在大豆中过表达不能被miR393切割抑制的GmTIR1C点突变基因可进一步增加大豆根瘤发生数目,说明miR393是通过直接剪切其靶基因GmTIR1C实现对生长素受体基因的负向调控。此外,在沉默GmTIR1/AFB3基因家族成员的大豆毛状根中,生长素信号通路下游基因GmIAA8GmIAA9GmIAA14GmARF8aGmARF8b的基因表达水平均受到影响。这些研究结果不仅证明了miR393可直接调控-GmTIR1C来影响大豆生长素信号通路响应,还证明了大豆细胞根系对生长素的细胞特异性响应对根瘤的发生发育和根瘤发生数目的重要性。

本研究为生长素信号通路调控大豆根瘤发生发育和根瘤数提供了直接证据,为深入解析大豆根瘤发生的分子调控网络提供了新依据。

李霞教授团队的蔡兆明博士和王幼宁副教授为该文章的共同第一作者,李霞教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点基金、转基因专项和华中农业大学高层次人才引进等项目的资助。

文章链接http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.14632/full

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