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Plant Cell:大豆PIN介导的极性生长素运输作用于根瘤的发育

已有 2605 次阅读 2021-7-15 10:38 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

GmPIN-dependent polar auxin transport is involved in soybean nodule development

第一作者Zhen Gao

第一单位福建农林大学

通讯作者Xu Chen


 Abstract 


背景回顾To overcome nitrogen deficiency, legume roots establish symbiotic interactions with nitrogen-fixing rhizobia that is fostered in specialized organs (nodules). Similar to other organs, nodule formation is determined by a local maximum of the phytohormone auxin at the primordium site. 


提出问题:However, how auxin regulates nodule development remains poorly understood.


主要发现:Here, we found that in soybean, (Glycine max), dynamic auxin transport driven by PIN-FORMED (PIN) transporter GmPIN1 is involved in nodule primordium formation.


结果1-表达模式和亚细胞定位GmPIN1 was specifically expressed in nodule primordium cells and GmPIN1 was polarly localized in these cells. 


结果2-诱导表达:Two nodulation regulators, (iso)flavonoids trigger expanded distribution of GmPIN1b to root cortical cells, and cytokinin rearranges GmPIN1b polarity.


结果3-功能缺失突变Gmpin1abc triple mutants generated with CRISPR-Cas9 showed impaired establishment of auxin maxima in nodule meristems and aberrant divisions in the nodule primordium cells. 


结果4-过表达:Moreover, overexpression of GmPIN1 suppressed nodule primordium initiation. 


结果5-协同因子GmPIN9d, an ortholog of Arabidopsis thaliana PIN2, acts together with GmPIN1 later in nodule development to acropetally transport auxin in vascular bundles, fine-tuning the auxin supply for nodule enlargement. 


结论:Our findings reveal how PIN-dependent auxin transport modulates different aspects of soybean nodule development and suggest that establishment of auxin gradient is a prerequisite for the proper interaction between legumes and rhizobia.


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 摘 要 


为了克服氮缺乏,豆科植物的根与具有固氮能力的根瘤菌建立了共生相互作用,固氮的根瘤菌存在于豆科植物根中的一个特定的器官,即根瘤组织中。与其他器官相似,根瘤的形成是由植物激素生长素在原基部位的局部最大值决定的。然而,生长素是如何调控根瘤的发育仍不清楚。本文中,作者发现大豆PIN转运蛋白GmPIN1驱动的生长素动态转运参与了根瘤原基的形成。GmPIN1在根瘤原基细胞中特异性表达,并存在极性定位。两种结瘤调节因子黄酮和异黄酮诱导了GmPIN1b向根皮层细胞的扩张,并且细胞分裂素重新介导了GmPIN1b的极性。由CRISPR-Cas9介导的Gmpin1abc三突植株中,根瘤分生组织中生长素最大值的建立出现问题,并且根瘤原基细胞出现异常分裂。此外,GmPIN1的过表达抑制了根瘤原基的起始。GmPIN9d是大豆中与拟南芥PIN2直系同源的蛋白,与GmPIN1共同作用于根瘤后期发育,在维管束中向地性运输生长素,精细调控生长素地供应以促进根瘤的扩大。本文的研究结果揭示了PIN依赖的生长素运输是如何作用于大豆根瘤发育的不同方面,并表明生长素梯度的建立是豆科植物与根瘤菌互作的前提。


 通讯作者 

** 陈栩 **


个人简介:

2000-2004年,厦门大学,学士;

2004-2010年,中科院上海植物生理生态研究所,博士;

2010-2013年,比利时根特大学,博后;

2013-2015年,奥地利科学技术研究所,博后;

2015-至今,福建农林大学海峡联合研究院,教授。


研究方向:

1)模式植物拟南芥中研究激素在细胞间传递机制;

2)经济作物大豆中研究激素调控结瘤固氮机制。


doi:  https://doi.org/10.1093/plcell/koab183


Journal: Plant Cell

Published date: July 07, 2021



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