豆科植物可持续农业的新突破
背景
豆科植物的生物固氮能力，可以有效地将空气中的氮气转化为可供植物吸收的氮素，从而减少农业生产中的氮肥投入。在低氮环境下，豆科植物能够最大化地利用其固氮能力，适应低氮环境的胁迫。
研究成果
福建农林大学园艺植物生物学及代谢组学研究中心陈栩教授课题组在《植物细胞》杂志发表的研究论文揭示了生长素极性运输在大豆根瘤发育中的调控机制。研究人员建立了独特的细胞生物学体系，呈现了大豆根瘤发生和发育过程中生长素分布和梯度建立的动态变化。
生长素运输的新认识
研究发现，大豆根瘤发育过程中生长素的分布动态改变，决定了根瘤的双向生长模式。在根瘤形成初期，生长素浓度在根瘤原基顶端形成梯度，促进根瘤原基的发生。而在根瘤发育中期，生长素从根瘤原基顶端撤离，集中到维管束中，保证根瘤的增大。
研究还鉴定出大豆中一种特殊蛋白，GmPIN1，在根瘤原基发生区域特异表达。GmPIN1蛋白介导的生长素梯度调控着根瘤原基的发生。细胞分裂素则通过调控胞内GmPIN1蛋白的极性排列，促进生长素的重定向运输。
GmPIN9d蛋白在根瘤发育后期阶段发挥功能，与GmPIN1协同作用，在维管束内向顶端方向运输生长素，精细调控生长素供应以促进根瘤的增大。
意义
该研究为理解生长素调控根瘤发育的机制提供了新的见解，有望为提高结瘤和固氮效率，促进豆科植物的可持续农业发展提供理论指导和技术支撑。
图3
本研究表明，PIN蛋白依赖的生长素运输在大豆根瘤发育中发挥关键作用。该研究建立了生长素梯度的形成对于根瘤菌和豆科植物之间相互作用至关重要，为提高大豆作物产量和根瘤固氮固定的应用奠定了基础。
福建农林大学高震副教授、硕士生陈志威、硕士生崔原原与博士生柯美玉为论文的共同第一作者，福建农林大学陈栩教授为通讯作者。中国农业大学张静教授、福建农林大学关跃峰教授、中国科学院植物研究所杨文强教授、中国科学院遗传与发育生物学研究所黎舒佳助理研究员均参与了该研究。福建农林大学廖红教授，奥地利和捷克等研究人员也对本项目提供了帮助。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。
论文链接：
https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab183/6317528