（通訊員：王小迪）近日，大豆團隊在New Phytologist上在線發表題為“GmNAC181 promotes symbiotic nodulation and salt tolerance of nodulation by directly regulating GmNINa expression in soybean”的研究論文。該研究不僅揭示了NAC轉錄因子GmNAC181通過激活GmNINa和結瘤信号通路促進大豆結瘤的關鍵分子機制，更揭示了GmNAC181作為分子網絡節點協調鹽脅迫下共生結瘤的可塑性發育新機制。

大豆是最具經濟效益的糧油作物，又是關系國計民生的重要基礎性、戰略性物資。我國是大豆主要的消費國和進口國，對外依存度超過85%的現狀使得我國大豆面臨嚴重危機。因此，大豆高産已成為國家重大需求。單産低是限制我國大豆産量的“卡脖子”問題，由于共生固氮可為大豆提供所需65%以上的氮素，其也是大豆高産的決定因子之一。2021年我國《“十四五”全國種植業發展規劃》提出通過“開發鹽堿地種大豆”進一步增加大豆種植面積，但鹽脅迫對結瘤及共生固氮的抑制将導緻大豆大幅減産。由此可見，提高共生固氮效率特别是耐鹽穩效固氮是增加大豆産量的重要前提，同時也能滿足我國農業可持續發展的重大需求。截至目前，鹽脅迫下大豆結瘤及穩效固氮遺傳機理尚未解析。

研究人員以結瘤信号通路重要轉錄因子GmNSP1a進行酵母雙雜交文庫篩選鑒定到了NAC家族轉錄因子GmNAC181；表達水平的檢測結果顯示GmNAC181在不同發育階段的根瘤中表達水平均明顯高于其他組織，而其表達在根瘤菌侵染的早期會被顯著抑制；功能研究結果發現GmNAC181過表達促進根瘤形成而下調表達GmNAC181後根瘤數目又有明顯減少，說明GmNAC181是大豆結瘤過程中的正向調節子；通過氨基酸序列比對及煙草葉片中的瞬時轉化結果，證實了GmNAC181具備質膜和細胞核同時定位的可能，同時在酵母細胞中證明GmNAC181有轉錄激活活性；結合基因表達水平的檢測結果，研究人員進一步利用ChIP-qPCR、EMSA及煙草瞬時共轉化體系确認GmNAC181可以直接結合編碼結瘤因子信号通路核心轉錄因子的GmNINa啟動子從而激活該基因的表達。更為重要的是，在鹽脅迫下被顯著誘導表達的GmNAC181正向調控大豆在鹽脅迫下的結瘤效率，顯著增強了大豆根系結瘤對鹽脅迫的抗性。

圖1. GmNAC181正向促進大豆在鹽脅迫下的結瘤效率

圖2. GmNAC181直接結合結瘤因子信号通路的重要基因GmNINa啟動子并激活該基因表達

圖3. GmNAC181-GmNINa分子模塊調控大豆耐鹽結瘤的工作模型

綜上所述，在共生固氮植物的長期進化曆程中，需要時刻面對陸地生态系統複雜的環境動蕩，例如，鹽脅迫。具備共生固氮特性的植物需要在氮素營養獲取與逆境脅迫之間做出最精準的判斷與通路間的協調。作為一個大豆結瘤固氮的正向調節子，轉錄因子GmNAC181更可能是一個因“鹽脅迫”而存在的蛋白，其也很可能是以上整個複雜的分子網絡中關鍵的節點之一，通過直接對GmNINa的分子調控有效維持鹽脅迫下的結瘤固氮通路暢通。相關結果不僅為全面解析大豆耐鹽穩效固氮的分子機制提供重要的數據支持，也為培育高固氮效率特别是鹽脅迫下穩效固氮且穩産高産的大豆新品種提供新模塊和新思路，最終為我國大豆産量提升做出重要貢獻。

我校作物遺傳改良國家重點實驗室、77779193永利官网李霞教授和王幼甯副教授為本文共同通訊作者。博士研究生王小迪為本文的第一作者，學院2018級本科生陳寬、碩士生周苗苗、高永康、黃慧梅、範圓圓及2016級本科生樊仔慧也參與了該項工作。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、嶺南現代農業實驗室項目和湖北省自然科學基金項目的資助。

審核人：王幼甯

【英文摘要】

Soybean (Glycine max) is one of the most important crop worldwide. Under low nitrogen condition, soybean can form a symbiotic relationship with rhizobia to acquire sufficient nitrogen for their growth and production. Nodulation signaling controls soybean symbiosis with rhizobia. The soybean Nodule Inception (GmNINa) gene is a central regulator of soybean nodulation. However, the transcriptional regulation of GmNINa remains largely unknown. Nodulation is sensitive to salt stress, but the underlying mechanisms are unclear. Here, we identified a NAC transcription factor designated GmNAC181 (also known as GmNAC11) as the interacting protein of GmNSP1a. GmNAC181 overexpression or knockdown resulted in increased or decreased numbers of nodules, respectively, in soybean. Accordingly, the expression of GmNINa was greatly up- and downregulated, respectively. Furthermore, we showed that GmNAC181 can directly bind to the GmNINa promoter to activate its gene expression. Intriguingly, GmNAC181 was highly induced by salt stress during nodulation and promoted symbiotic nodulation under salt stress. We identified a new transcriptional activator of GmNINa in the nodulation pathway and revealed a mechanism by which GmNAC181 acts as a network node orchestrating the expression of GmNINa and symbiotic nodulation under salt stress conditions.

文章鍊接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18343