Plant Cell | 华中农业大学研究揭示大豆根瘤衰老的调控机制！

以下文章来源于Ad植物微生物 ，作者周小马

大豆（Glycine max）的根部有根瘤，其中的共生细菌将氮气还原成铵，从而滋养植物。共生固氮作用的终止，称为根瘤衰老，是一个活跃的过程，当植物开始开花时，大豆的根瘤通常严重衰老，这似乎适得其反，因为种子的成熟需要大量的氮。虽然在过去的20年里，人们已经发现了很多关于共生信号和根瘤器官形成的知识，但关于根瘤衰老的知识主要限于固氮酶活性和豆血红蛋白含量的降低、生理变化以及衰老的根瘤的基因表达谱。衰老根瘤的一个分子标志是编码半胱氨酸蛋白酶的基因的转录水平增加，这些蛋白酶可以分解蛋白质和降解根瘤细胞。然而，根瘤衰老是如何在分子水平上被激活的，什么成分激活了衰老相关基因的表达，这在很大程度上是未知的。

2023年5月13日，国际权威学术期刊The Plant Cell发表了华中农业大学曹扬荣团队的最新相关研究成果，题为GmNAC039 and GmNAC018 activate the expression of cysteine protease genes to promote soybean nodule senescence的研究论文。

在这篇文章中，科研人员鉴定了两个同源的NAC转录因子，GmNAC039和GmNAC018，作为根瘤衰老的主要调节因子。两种基因的过表达诱导了大豆根瘤的衰老，并通过TUNEL检测增加了细胞的死亡，而它们的基因敲除则延迟了衰老并增加了固氮酶的活性。转录组分析和nCUT&tag-qPCR检测显示，GmNAC039直接与核心模体CAC(A)A结合并激活四个GmCYP基因（GmCYP35、GmCYP37、GmCYP39和GmCYP45）的表达。与GmNAC039和GmNAC018相似，GmCYP基因在根瘤中的过表达或敲除分别导致了早熟或延迟衰老。这些数据为根瘤衰老的调控机制提供了基本的见解，其中GmNAC039和GmNAC018直接激活GmCYP基因的表达以促进根瘤的衰老。

根瘤衰老与广泛的细胞降解有关，这导致了根瘤中程序性的细胞死亡。编码具有蛋白分解活性的蛋白质的基因表达是根瘤衰老所必需的。鉴于半胱氨酸蛋白酶在大豆根瘤衰老中具有关键作用，确定其靶标蛋白是未来的一个重要研究目标。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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