New Phytologist | 华中农业大学李霞教授团队揭示GmNAC181转录因子促进大豆共生固氮和结瘤耐盐性的新机制

大豆是世界上最重要的作物之一，是植物蛋白和油脂的主要来源，并富含异黄酮和酚类化合物。大豆等豆科植物可以与固氮根瘤菌建立共生关系，形成高效的根瘤“固氮工厂”，在缺氮条件下有效地生长和繁殖，并大大降低农业氮肥的利用率。结瘤信号通路调控大豆与根瘤菌的共生关系，其中Nodule Inception（GmNINa，结瘤基因）是大豆结瘤的中心调控因子，NIN表达的时空调控是共生结瘤和固氮的关键。

根瘤菌-豆科植物的共生关系受到光、氮、盐胁迫等环境条件的不利影响。研究表明，NINs介导了结瘤对环境因素（如高氮和光）的响应，从而使结瘤能够适应豆科植物生长条件的变化。盐胁迫对豆科植物的结瘤和固氮效率极为不利，是导致大豆减产的重要因素，但目前关于结瘤对盐胁迫响应的分子机制研究还较少。近期报道显示，盐胁迫诱导的糖原合成酶激酶3（GSK3）类激酶GmSK2-8通过磷酸化共生关键转录因子GmNSP1s（Nodulation Signaling Pathway 1）并抑制其对GmNIN1b的转录活性来调节盐胁迫下的结瘤。然而，对于结瘤和共生固氮过程中耐盐性的分子机制仍知之甚少。

2022年6月25日，New Phytologist在线发表了华中农业大学植物科学与技术学院/大豆研究团队李霞教授、王幼宁副教授为共同通讯作者的题为“GmNAC181 promotes symbiotic nodulation and salt tolerance of nodulation by directly regulating GmNINa expression in soybean”的研究论文。该研究不仅揭示了NAC转录因子GmNAC181通过激活GmNINa和结瘤信号通路促进大豆结瘤的关键分子机制，同时也揭示了GmNAC181作为网络节点协调盐胁迫条件下共生结瘤的新适应性机制。

为解析GmNINa的转录调控机制，本研究进行了酵母双杂交筛选并鉴定出与GmNSP1a互作的蛋白GmNAC181/NAC11，已知该NAC转录因子正向调控大豆的盐胁迫耐受性。GmNAC181在结瘤过程中差异性表达，且响应根瘤菌感染。GmNAC181的过表达和敲降分别导致大豆根瘤数量的增加和减少，GmNINa及下游结瘤标记基因GmENOD40-1的表达也相应显著上调和下调，表明GmNAC181是大豆结瘤的正调控因子。

GmNAC181蛋白定位于细胞质和细胞核，具有转录激活功能。ChIP-qPCR、EMSA以及GUS活性报告检测结果显示，GmNAC181转录因子直接与GmNINa的启动子结合，以激活其表达。进一步表达分析发现，GmNAC181在结瘤过程中受盐胁迫高度诱导，其过表达能够维持并促进盐胁迫下的结瘤，而其敲降结果与此相反，表明GmNAC181是大豆共生结瘤对盐胁迫响应的关键调控因子，并可能通过激活GmNINa和下游结瘤基因的表达来发挥功能。

该研究得到了国家重点研发计划、岭南现代农业实验室项目、国家自然科学基金、中华人民共和国农业部和湖北省自然科学基金项目的资助。

文章链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18343

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