生化前沿|浙师大生化学院王涛博士在Science发表文章揭示光信号调控大豆根瘤形成的新机制

2021年10月1日，浙师大生化学院青年博士王涛以第一作者，浙师大作为第二单位在Science上以Research Article形式在线发表了题为Light-induced mobile factors from shoots regulate rhizobium-triggered soybean root nodulation的研究论文。该研究揭示了光信号通过诱导大豆地上组织合成TGACG-motif结合因子3/4（GmSTF3/4）和 FLOWERING LOCUS T (GmFTs)蛋白，并将这两个蛋白长距离转运至根中从而调控大豆根瘤发育。

该研究揭示了光信号通过诱导大豆地上组织合成TGACG-motif结合因子3/4（GmSTF3/4）和 FLOWERING LOCUS T (GmFTs)蛋白，并将这两个蛋白长距离转运至根中从而调控大豆根瘤发育。

豆科植物与根瘤菌相互作用形成根瘤从而进行共生固氮。研究豆科植物共生固氮的分子机制，提高共生固氮能力，对实现减肥增效、发展绿色农业具有重要意义。对于植物来说，光既是能量的来源，又作为重要的信号调节植物生长发育，许多研究表明光可以调控植物地下组织生长发育，但对于光如何调控豆科植物共生固氮，仍知之甚少。

研究人员将根瘤菌侵染大豆的过程分解为侵染线的形成与根瘤起始两个步骤，利用光暗处理、地上地下遮光处理、不同光质处理、光信号转基因植株以及不同处理条件下叶片和根组织中光合产物含量等研究发现光合产物和光信号在调控共生结瘤过程中的作用不同，光合产物是促进根瘤菌侵染植物所必需的，但是来自地上的光信号是促进大豆地下根瘤发育的关键因子。研究揭示了大豆中受光诱导的蛋白GmFTs和GmSTF3/4，从地上移动到地下，在根中相互依赖促进根瘤形成。进一步通过质谱、分子生化和遗传分析证明，共生信号通路关键组分CCaMK被根瘤菌激活后通过磷酸化GmSTF3/4，促进GmSTF3/4和GmFTs互作。GmFTs-GmSTF3/4能够直接激活根瘤起始关键基因NIN、NF-YA1和NF-YB1的转录，从而调控根瘤形成。

GmCCaMK-GmSTF-GmFT模块可以远程调控豆科植物地上部分和根瘤协同生长发育及“碳-氮平衡”，该发现可以应用于大豆氮高效利用育种实践，对实现目前国家倡导的“碳达峰”和“碳中和”目标有突出意义。

王涛博士为我校生化学院2011届植物学专业硕士研究生，毕业后进入复旦大学攻读博士学位，2017年进入华中农业大学和河南大学王学路教授实验室开展博士后研究工作，主要以水稻、大豆为研究材料，在分子水平上揭示植物在不同环境下的生长发育机制。于2020年1月入职浙师大生化学院，目前已在Science，Nature Communications，Journal of Agricultural and Food Chemistry，Frontiers in Plant Science，Molecular Plant等期刊发表十余篇SCI论文。

论文链接:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh2890

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编辑|黄雯菲