WANG'S LAB

BIOLOGICAL NITROGEN FIXATION AND LEGUME BIOLOGY

生物固氮和豆科生物学

重大突破!王学路团队Science再发文!
来源: | 作者:proc7cf94 | 发布时间: 2022-12-05 | 1823 次浏览 | 分享到:

为解析位于线粒体膜上的GmNAS1和GmNAP1调控根瘤固氮能力的机制,作者通过免疫共沉淀偶联质谱分析鉴定到了一个与GmNAS1和GmNAP1相互作用的转录因子NF-YC亚基(Nuclear Factor-Y C subunit)GmNFYC10a。发现在根瘤能量状态上升时,AMP水平下降形成的GmNAS1-GmNAS1和GmNAP1-GmNAP1同源二聚体会与GmNFYC10a互作并将其锚定到线粒体上,从而减少细胞核中的GmNFYC10a水平,抑制丙酮酸激酶(PK)基因表达(图2),调控能量在植物细胞和类菌体碳源供应之间的分配。

图2:根瘤中的新能量感受器调节PEP分配而协同调控碳源水平和固氮能力

这项突破性进展,揭示了大豆根瘤中的新型能量感受器GmNAS1/GmNAP1通过调控根瘤碳源的重新分配,进而调整根瘤固氮能力的分子机制,并表明动物细胞和植物细胞采用各具特色的分子机制感受能量。该机制使豆科植物可以在生长环境改变时,依据其体内碳源的可用性及时调整根瘤固氮效能,从而维持植株体内的碳氮平衡,适应周围环境的变化。这项突破性成果,为发掘自主产生碳源的植物中更多的能量感受器并建立其信号通路提供了范例,将极大促进对细胞和个体水平碳源分配和代谢调控的进化和分子机制的解析,并为未来通过合成生物学方法,设计高效利用作物自身或者周围环境中的碳源,提高共生固氮能力提供了重要理论支撑,为高效固氮作物的分子设计提供了新的思路。

河南大学省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室、河南大学交叉学科高等研究院王学路教授为该论文的通讯作者,河南大学师资博士后柯小龙为第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、河南省中原学者项目以及河南大学经费的支持。

除连续在Science发表的突破性进展外,近期王学路团队在大豆与根瘤菌匹配性共进化的遗传和分子机制(Zhang et al., 2021,Nature Plants),环境胁迫调控共生根瘤发育的分子机制(He et al., 2021,Molecular Plant),以及根瘤菌诱导的细胞核内复制的细胞学基础(Fan et al., 2022,New Phytologist)等方面也取得了系列创新性进展。

王学路教授自2019年12月加盟河南大学领衔“生物固氮和豆科生物学”团队以来,以豆科作物为主要研究对象,研究菌植互作的遗传、进化和分子机制;能量感受和分配调控根瘤发育、共生固氮的遗传和分子机制;豆科作物分子设计育种等方面。目前,团队汇聚了来自美国、英国、上海、武汉的多位优秀青年教师加入,其中1人入选国家级青年人才项目,3人入选河南省杰青/优青;吸引了10多名毕业于武汉大学、吉林大学、浙江大学、新加坡国立大学、南京农业大学和华中农业大学等高校的优秀博士毕业生从事博士后研究。最近,王学路教授作为首席科学家获批国家重点研发计划项目“以碳增氮高效生物固氮回路设计与系统优化”,团队将快速推进在生物固氮和碳氮高效这一国际前沿科学领域的创新研究,并完善高水平合成生物学和分子设计育种平台,向现代生物育种领域积极拓展,为服务国家粮食安全和农业绿色可持续发展作出贡献。