近日，作物遺傳改良全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大豆團(tuán)隊(duì)在Nature Plants上發(fā)表了題為“The BRUTUS iron sensor and E3 ligase facilitates soybean root nodulation by monoubiquitination of NSP1"的研究論文，不僅明確了鐵是豆科植物結(jié)瘤的重要驅(qū)動力，而且揭示了鐵受體BTS通過單泛素化修飾結(jié)瘤信號關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子NSP1并增強(qiáng)其蛋白穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而促進(jìn)結(jié)瘤和共生固氮的分子機(jī)制。

為了研究鐵對大豆結(jié)瘤的影響，研究團(tuán)隊(duì)首先建立了一個(gè)水培體系，系統(tǒng)評價(jià)了不同鐵濃度對根瘤菌侵染（侵染線和根瘤原基）和根瘤數(shù)量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使在充足光照和氮匱缺條件下，沒有鐵大豆-根瘤菌共生結(jié)瘤過程被抑制，說明鐵是大豆結(jié)瘤一個(gè)重要驅(qū)動力。此外，明確了大豆共生結(jié)瘤的最適宜鐵濃度大約是40 µM，鐵低于該劑量造成養(yǎng)分不足，而高于該水平造成氧化脅迫均抑制早期侵染事件和根瘤的形成（圖1）。進(jìn)一步分子和遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，鐵是通過影響大豆共生結(jié)瘤上游轉(zhuǎn)錄因子GmNSP1a蛋白的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而調(diào)控核心基因GmNINs的表達(dá)水平來發(fā)揮作用。

該研究明確了鐵元素在大豆共生結(jié)瘤過程中的重要作用，并解析了鐵受體BTS-共生信號關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子NSP1構(gòu)成的分子調(diào)控模塊通過監(jiān)測外部鐵水平調(diào)控豆科植物結(jié)瘤的分子機(jī)制。這些研究結(jié)果揭示了微量必需營養(yǎng)元素鐵驅(qū)動的豆科植物結(jié)瘤分子遺傳基礎(chǔ)，不僅為提高大豆等豆科作物在鹽堿環(huán)境下的結(jié)瘤與共生固氮效率，提升作物產(chǎn)量品質(zhì)提供了新思路，還為育種家培育“高效、高抗、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)"作物新品種提供新基因和新種質(zhì)資源。

整個(gè)研究工作，進(jìn)行了根系基礎(chǔ)觀測的大量工作，在不同處理?xiàng)l件下的根瘤觀測是重點(diǎn)。利用微根窗技術(shù)觀測大豆-根瘤菌共生結(jié)瘤的整個(gè)過程，是得出整體實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)。由于根瘤的體積較小，對根瘤的觀測需要分辨率更高的根系觀測儀器予以輔助。澳作生態(tài)的AZR根系觀測系列能夠高效地完成根瘤觀測相關(guān)的工作。

AZR-300 復(fù)合根系采用攝像頭微根窗技術(shù)和 360 度根系全景圖技術(shù)，結(jié)合所提供根系分析軟件，能夠?qū)⒏迪嚓P(guān)數(shù)據(jù)定量化，包括根的長度、面積、根尖數(shù)量、直徑分布格局、死亡根及存活根數(shù)量等，可以原位非破壞性獲取不同時(shí)間和深度的根系分布或土壤剖面圖像數(shù)據(jù)，廣泛運(yùn)用于植物生理生態(tài)、生長模型、根系形 態(tài)分析、土壤結(jié)構(gòu)演變、昆蟲行為生態(tài)等研究領(lǐng)域。

根毛拍攝實(shí)測圖片展示：