PNAS | 大豆如何“远程指挥”根瘤形成？马渐新团队揭示根—叶—根长距离信号回路

豆科植物通过根瘤固氮，但根瘤数量需精确调控，以避免过度消耗能量。本研究由Purdue University和University of California, Davis团队合作，在PNAS发表论文，揭示了大豆中一条新的长距离促结瘤信号回路。背景：豆科植物通过根瘤菌共生固氮，但需平衡固氮收益与代谢成本；现有研究多关注抑制过度结瘤的“刹车”机制，而对促进早期侵染的“油门”机制了解有限。研究目的：探究大豆中是否存在从根部到地上部再返回根部的正反馈信号回路，以促进根瘤菌侵染和结瘤。结论：研究发现，根部产生的GmCEP7小肽向叶片移动，抑制移动miRNA miR4416-5p的产生；地上部运往根部的miR4416-5p减少，解除了对根部GmLe3基因的抑制，从而促进根瘤菌侵染和结瘤。在低氮田间条件下，抑制miR4416-5p的转基因大豆单株粒数增加约15%-39%。该回路存在于大豆、菜豆等作物中，但在模式豆科植物苜蓿和百脉根中未发现，提示其为部分豆科作物特有的进化创新。该研究为改良大豆生物固氮效率和低氮生产力提供了潜在分子靶点，并强调了直接研究作物本身调控机制的重要性。