Plant Journal：赤霉素对根瘤共生的转录调控机制

来源：BioArt植物

豆科植物可以与根瘤菌形成根瘤共生关系，并通过利用根瘤菌固定大气中的N2以提高植物的氮素利用效率。通常，植物会分泌可以被根瘤菌检测到的特定类黄酮物质，以激活Nod因子的产生，而植物对这些Nod因子的感应将引发钙离子（Ca2+）振荡，从而触发根皮层细胞的去分化和分裂，以及随后的根瘤形成【1】。然而，对于寄主植物而言，根瘤的形成和固氮过程是耗能的，因此植物已进化出一个独特的AON（autoregulation of nodulation）系统，以防止根瘤数目过多。这种负反馈调节涉及到植物地上部-根系的长距离信号传递，通过激活CLE-RS（CLE-ROOT SIGNAL）- HAR1（HYPERNODULATION ABERRANT ROOT1）- TML（TOO MUCH LOVE）模块调节根瘤发育【2】。此外，根瘤共生的建立也受到多种激素的协同调控。在百脉根和紫花苜蓿等豆科植物中的研究表明，生物活性赤霉素（GA）可以显著抑制根瘤菌侵染和根瘤形成【3】，但是由于植物中GA含量较低并且在多个生物过程中发挥作用，目前尚不清楚GA在根瘤共生调控中的确切作用。

近日，日本Kwansei Gakuin University的Naoya Takeda课题组在Plant Journal在线发表了一篇题为Endogenous gibberellins affect root nodule symbiosis via transcriptional regulation of NODULE INCEPTION in Lotus japonicus的研究论文，揭示了GA对根瘤共生关系的转录调控机制。

该研究首先测试了根瘤共生期间GA的时空分布模式，发现GA生物合成在结瘤过程中被激活，并且生物活性GA在根瘤中积累。进一步的研究发现，GA处理会引起细胞分裂，并且这种效应取决于关键共生转录因子NIN（NODULE INCEPTION）。有趣的是，GA处理可以显著诱导NIN的表达，这种诱导作用是通过NIN启动子上的一个响应GA信号的顺式作用元件介导的。该研究发现，此顺式作用元件缺失的突变体对根瘤菌感染的敏感性增加，同时GA所诱导的CLE-RS1和CLE-RS2的表达降低。此外，HAR1缺失的突变体株系对GA处理不敏感。以上共同表明内源性GA通过GA响应性顺式作用区域诱导NIN表达，然后激活AON系统以调节结瘤过程。