Plant Cell | 福建农林大学陈栩团队研究揭示生长素调控大豆根瘤发育的机制！
植物细胞的发育可塑性在很大程度上取决于胚胎发育后新生的特殊组织。例如，侧根由中柱鞘细胞通过一系列垂周分裂产生，产生侧根原基。茎尖分生组织两侧的叶片膨出形成叶原基。一些原基分化成具有恒定细胞数的有限组织，而另一些原基分化为顶端有次生分生组织的无限组织。植物组织原基的启动和定位通常由局部植物生长素的积累决定（Nature | 重磅！德国马普所发明可视化植物生长素的生物传感器！）。生长素在起始细胞内的局部积累主要取决于生长素1/ like -生长素1流入载体和PIN-formed (PIN)流出载体与其他生长素转运蛋白的协同活动。在拟南芥组织生长和发育的植物生长素运输方面，不同的PINs的作用已被很好地描述，如花的发育中的PIN1，根向地性中的PIN2，茎的向性中的PIN3，胚芽发育中的PIN4和PIN7。
PIN蛋白的细胞极性与生长素的流动方向密切相关。例如，主根的生长需要PIN1参与的生长素向顶/向根方向的运输。目前不同组织形态的模型明确显示，PIN依赖性的局部生长素梯度参与了几乎所有类型的组织发育过程。
近日，国际权威学术期刊Plant Cell发表了福建农林大学陈栩教授团队的最新相关研究成果，题为GmPIN-dependent polar auxin transport is involved in soybean nodule development的研究论文。
为了克服氮缺乏，豆科植物根与在根瘤中的固氮根瘤菌建立共生相互作用（Nature | 突破！中科院植生所王二涛团队揭示豆科植物与根瘤菌共生固氮的关键模块！Science | 重磅研究揭示植物如何区分有益和有害微生物！Science | 专家点评：豆科植物结瘤共生的特异性；PNAS | 英国牛津大学Philip Poole团队揭示豆科植物-根瘤菌互惠共生中的条件性制裁效应！Current Biology | 中科院分子植物卓越中心王二涛团队揭示植物共生结瘤的信号转导机制！）。与其他组织类似，根瘤的形成是由原基部位植物激素生长素的局部最大值决定的。然而，生长素如何调节根瘤发育仍然知之甚少本研究发现在大豆中，由PIN转运蛋白GmPIN1驱动的动态生长素转运参与了根瘤原基的形成。GmPIN1在根瘤原基细胞中特异性表达，并且GmPIN1在这些细胞中极性定位。两种根瘤调节物质（异）类黄酮触发GmPIN1b向根皮层细胞的扩展分布，细胞分裂素重新排列GmPIN1b极性。用CRISPR-Cas9制造的Gmpin1abc 三重突变体显示，根瘤分生组织中生长素最大值的建立受损，根瘤原基细胞异常分裂。此外，GmPIN1的过表达抑制了根瘤原基的发育。GmPIN9d是拟南芥PIN2的直向同源物，后来在根瘤发育过程中与GmPIN1一起作用，以在维管束中向顶端运输生长素，微调生长素供应以促进根瘤扩大。本研究结果揭示了PIN依赖性生长素转运如何调节大豆根瘤发育的不同方面，并表明生长素梯度的建立是豆科植物和根瘤菌之间适当相互作用的先决条件。
图 6. 细胞分裂素重新排列GmPIN1b极性
图 7. GmPIN9d在维管束和根瘤连接处细胞中特异性表达
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