GmYUC2a是大豆结瘤过程中生长素生物合成的重要调控基因！

来源：植物科学最前沿

生长素在豆科植物与根瘤菌共生过程中起着重要作用。然而，在豆科植物结瘤过程中关于生长素的合成了解依然有限。近日，Journal of Experimental Botany在线发表了来自华中农业大学李霞实验室题为“GmYUC2a mediates auxin biosynthesis during root development and nodulation in soybean”的研究论文。该研究通过对大豆生长素合成基因YUCCA（YUC）基因家族进行了分析，并鉴定GmYUC2a是结瘤过程中生长素生物合成的重要调控基因。

在大豆中YUCCA基因家族有22个成员，作者通过定量PCR在大豆不同组织中检测发现GmYUC2a/b/c, GmYUC5, GmYUC6d, 和 GmYUC11d 可以在根瘤中检测到表达，在这6个成员中GmYUC2a的表达最高。为了确定GmYUC2a启动子的表达特异性，作者构建了GmYUC2a pro :: GUS并通过毛状跟转化体系转化到大豆中，对其在根瘤中的表达模式进行了分析。结构表明在不同时间点的根瘤中其表达模式会随之发生变化，在接种后10天的根瘤中GmYUC2a的启动子在所有细胞中均显示出活性，在接种28天后的成熟瘤中在皮层细胞和根瘤固氮区细胞中表现出高度活性，二在衰老的瘤中GmYUC2a启动子活性大幅减少，几乎只能在包围根瘤的维管束中检擦到（图1）.

图1：GmYUC2a pro :: GUS在根瘤中的表达模式

为了研究GmYUC2a的功能，作者通过毛状跟体系在大豆跟中过表达GmYUC2a进行表型分析。作者发现过表达GmYUC2a会增加生长素的生物合成以及显着影响根和根毛的生长。并且在根瘤菌侵染过程中通过过表达GmYUC2a会显著降低根毛最根瘤菌的响应（变形的根毛显著少于对照）。为了进一步研究GmYUC2a是否调节根瘤的器官发生，作者监测了35S :: GmYUC2a转基因根中根瘤的发育。发现过表达GmYUC2a会促进主根上的根瘤数目但是会延迟根瘤的发育（图2）。

图2：表达GmYUC2a延迟根瘤发育

转录因子NIN已被证实是调控豆科植物根瘤菌侵染和根瘤器官发生的主要调节因子。为了测试GmYUC2a过表达是否通过NIN介导的信号传导途径影响结瘤过程，作者进一步在GmYUC2a过表达材料中分析了GmNIN的表达模式以及生长素处理下的表达模式。数据表明GmYUC2a可通过调节GmNIN调节根瘤菌侵染和根瘤的发育（图3）。

图3：GmYUC2a可通过调节GmNIN调节根瘤菌侵染和根瘤的发育

论文链接：

https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erz144/5432295