近日，山东大学生命科学学院丁兆军教授团队与山东农业大学农学院张大健教授团队合作在Nature Communications上发表题为“GmERF13 mediates salt inhibition of nodulation through interacting with GmLBD16a in soybean”的研究论文，该研究深入探讨了盐分压力如何通过激活GmERF13转录因子来影响大豆根瘤形成和固氮作用的分子机制。
研究揭示，AP2/ERF家族的转录因子GmERF13在盐胁迫条件下被诱导表达，并通过与GmLBD16a蛋白质的相互作用，调控了大豆根瘤的发育。此外，研究还发现，盐分环境能够通过提升GmERF13的表达水平，抑制大豆与根瘤菌之间的共生关系及其固氮功能。这一新机制对于理解植物如何应对盐胁迫具有重要意义。
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氮是植物生长不可或缺的营养元素之一，提高作物对氮的利用效率一直是植物营养学的重要研究方向。豆科植物因其能与根瘤菌建立共生关系而进行生物固氮，成为自然界中重要的固氮体系。通过根瘤菌的作用，豆科植物可以将大气中的氮转化为氨，供植物吸收利用。因此，增强豆科作物的固氮能力对于推动农业可持续发展至关重要。豆科植物的共生根瘤发育是一个复杂的过程，涉及多个步骤，如植物与根瘤菌的识别、侵染、根瘤起始、生长、固氮以及根瘤的老化。这些过程受到包括盐分在内的多种非生物因素的影响。已有研究表明，盐分可以抑制根瘤菌侵染豆科植物及随后的根瘤发育和固氮效率，但具体的遗传和分子机制尚不清楚。为了阐明盐分如何抑制大豆结瘤，研究人员通过比较转录组分析，鉴定了一个在盐分处理下显著上调的大豆基因GmERF13，它是拟南芥侧根发生调控因子ERF13的同源基因。实验结果显示，GmERF13的过表达会减少根瘤的数量，而其敲除则增加了根瘤密度，这表明GmERF13在大豆结瘤过程中起到了负调控作用。进一步研究发现，GmERF13与关键结瘤因子GmLBD16a结合，干扰后者对下游基因GmEXP17c启动子的结合，从而降低了GmLBD16a的转录活性，抑制了根瘤的形成。GmEXP17c被证明在大豆结瘤过程中位于GmERF13和GmLBD16a的下游，正向调控根瘤的发生。同时，研究还指出，盐分诱导GmERF13的表达依赖于ABA信号通路，其中GmABI5转录因子直接结合并激活GmERF13的表达。总之，这项研究明确了GmABI5-GmERF13-GmLBD16a-GmEXP17模块在盐分条件下对大豆根瘤形成和固氮过程的抑制作用。这一成果不仅增进了我们对盐分影响大豆结瘤和固氮分子机制的认识，也为未来针对盐碱地改良的分子育种提供了潜在的基因资源。山东大学生命科学学院在读博士研究生朱馨芳为该论文第一作者，丁兆军教授和张大健教授为通讯作者。山东大学在读博士研究生闫锡凤、李为珺、张蒙悦、冷俊辰对此作出重要贡献。聊城大学于倩倩博士、刘立科教授，杭州师范大学薛大伟教授参与了该研究。该研究得到国家重点研发计划、山东省泰山学者专项基金以及微生物技术国家重点实验室校内联合项目基金的资助。丁兆军课题组主要围绕植物根系发育与大豆根瘤固氮分子机制开展研究，近年来取得一系列进展。该团队近期揭示了大豆在生长早期根瘤快速增加的分子机制；解析了MPKs和VIK激酶介导的蛋白磷酸化修饰在生长素信号传递过程中发挥重要作用，并系统阐明了其调控植物根系生长发育的重要新机制 。![]()
