广州大学关跃峰/福农吕培涛团队合作鉴定大豆成熟根瘤“氮阻遏”核心转录因子SNAPs及其调控网络

大豆生物固氮性状对减少氮肥施用、提高产量有重要作用。巴西等大豆主产国普遍用接种根瘤菌剂替代氮肥。但我国农业过度施肥，使土壤无机氮过高，导致结瘤固氮受抑制的“氮阻遏”效应。这使得农民更少使用根瘤菌接种，依赖化肥，从而生产成本增加、破坏环境且产量潜力受限。因此研究大豆根瘤“氮阻遏”机制，对培育适应我国土壤条件的绿色高产大豆品种，具有重要意义。

8月5日，广州大学分子遗传与进化中心、广东省植物适应性与分子设计重点实验室关跃峰课题组联合福建农林大学园艺学院吕培涛课题组在Nature Communications在线发表题为The NAC transcription factors SNAP1/2/3/4 are central regulators mediating high nitrogen responses in mature nodules of soybean的研究论文，挖掘到大豆成熟根瘤响应氮信号的核心转录因子SNAPs，构建了以SNAPs为核心的“氮阻遏”转录调控网络，并运用基因编辑创制了“耐氮阻遏”高效固氮大豆新种质。

该研究通过高低氮处理大豆成熟根瘤，发现大豆成熟根瘤动态可逆响应高氮抑制固氮酶活性和前期衰老的现象。进一步，通过动态转录组分析，作者构建了大豆成熟根瘤氮素响应共表达调控网络，发现一类高氮诱导的NAC家族转录因子（SNAPs）是共表达网络中的核心枢纽。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，创制了snap1/2/3/4四突材料，发现突变体根瘤发育正常，但高氮处理后对氮阻遏相对不敏感，仍可维持较高的固氮酶活并延迟根瘤衰老。

作者通过ChIP-seq结合转录组分析，构建了SNAP1/2/3/4/转录因子在成熟根瘤中响应氮信号的调控网络。结果发现，SNAP1/2/3/4显著影响根瘤氮响应转录组，其机制是直接激活WRKY、ERF等26个衰老相关转录因子，以及抑制根瘤碳代谢等重要代谢通路。

综上，该研究发现了SNAP转录因子响应氮素信号抑制大豆成熟根瘤固氮酶活，加速根瘤衰老中的关键作用，并提供了SNAP转录因子影响根瘤固氮效率的下游调控网络。gmsnaps基因编辑材料的成熟根瘤发育正常且较耐氮阻遏，为首次报道有应用价值的大豆耐氮阻遏基因编辑种质。

广州大学分子遗传与进化创新研究中心、广东省植物适应性与分子设计重点实验室博士后汪鑫、福建农林大学博士研究生邱智敏、朱文俊、内蒙古大学博士研究生王南为该论文的共同第一作者。广州大学关跃峰教授、福建农林大学吕培涛教授为共同通讯作者。广州大学孔凡江教授、福建农林大学钟祥斌副教授参与了合作研究。本工作得到国家重点研发计划(2022YFA0912100)、国家自然科学基金委(32072083, 31772379)等项目资助。

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https://www.nature.com/articles/s41467-023-40392-w

转自：“广大科研”微信公众号

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