华南农业大学揭示GmNLA1调控大豆根系响应氮磷互作的分子机制

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

氮和磷是植物生长所必需的大量矿质营养元素。揭示植物对氮磷有效性的协调响应机制，有利于培育养分协同高效的作物品种，从而减少肥料消耗，促进农业可持续发展。大豆是重要的粮饲兼用作物，也是蛋白质和异黄酮等营养物质的重要来源，主要用于食品加工、食用油提取和动物饲料生产。然而，大豆协同适应氮磷胁迫的生理和分子机制尚不清楚。

近日，华南农业大学根系生物学研究团队在The Crop Journal在线发表了题为“Diverse functions of GmNLA1 members in controlling phosphorus homeostasis highlight coordinate response of soybean to nitrogen and phosphorus availability”的研究论文。作者以大豆为研究材料，研究了不同氮磷条件下，大豆叶片和根系中全磷浓度的变化，以阐明大豆中氮磷的相互作用。通过实时荧光定量PCR分析了不同氮磷条件下GmNLA1成员在大豆叶片和根系的表达模式。在此基础上，通过根癌农杆菌介导的大豆离体发根转化法，分析了分别干涉GmNLA1-1、GmNLA1-2和GmNLA1-3的表达对大豆离体毛根生长及其磷平衡的影响，初步明确了GmNLA1成员参与调控大豆磷平衡的功能。

研究者发现，正常供磷条件下，低氮处理会显著增加大豆新叶和根部的全磷浓度，且根部的全磷浓度增加更为明显，揭示了大豆中存在氮磷的相互作用（图1）。同时，在大豆基因组中，共鉴定出4个编码RING型E3泛素连接酶的氮限制适应因子（nitrogen limitation adaptation，NLA）（图2）。实时荧光定量PCR结果表明，正常磷条件下，低氮处理显著降低了大豆根系中GmNLA1-1和GmNLA1-3的转录水平；正常氮条件下，低磷处理也显著降低了大豆根系中GmNLA1-1和GmNLA1-3的转录水平，而GmNLA1-2的转录水平不受氮磷有效性的影响（图3）。大豆离体发根转化实验结果表明，在正常磷条件下，分别干涉三个GmNLA1成员的表达，与对照组（CK）相比，RNAi干涉株系毛根的全磷浓度均增加，鲜重均显著降低（图4）。同时，与CK在两个氮水平下的变化相比，GmNLA1-1或GmNLA1-3干涉株系的全磷浓度在低氮处理下增加的幅度更大，GmNLA1-2干涉株系全磷浓度的变化幅度与对照组相似，揭示了大豆根系在低氮胁迫下的磷平衡调控是由GmNLA1-1和GmNLA1-3起主导作用（图5）。

作者和基金项目

华南农业大学博士研究生周明为该文第一作者，梁翠月研究员和田江研究员为共同通信作者。该研究得到国家重点研究发展计划（2021YFF1000500）、国家自然科学基金（32172659，32172658，31872164）和广东省自然科学基金（2021A1515010826，2020A1515110261）等项目资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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