New Phytol：福建农林大学陈志长课题组揭示大豆与固氮菌之间铁养分运输机制学术资讯

来源：BioArt植物

豆科作物与根瘤菌之间的共生固氮为农业生产提供了天然的氮素资源。相比于工业氮肥，共生固氮在提高土壤肥力、减少水土污染、降低能源消耗等方面都具有优越性。因此，充分发挥共生固氮潜能有助于减肥增效绿色农业的发展。
根瘤菌为豆科作物提供氮源，豆科作物为根瘤菌提供碳源及矿质养分，二者“公平交易，互惠互利”。共生体作为根瘤菌行使固氮功能的最基本单位，就是二者之间进行物质交换的主要场所。因此，共生体与宿主细胞之间的养分物质交换是维持共生固氮的关键。然而，其交换运输机制目前尚缺乏研究。
近期，福建农林大学根系中心陈志长课题组在New Phytologist在线发表了题为A VIT-like transporter facilitates iron transport into nodule symbiosomes for nitrogen fixation in soybean的研究论文，并被选为期刊的封面论文。该研究通过对大豆中一对类似液泡铁转运蛋白基因GmVTL1a/1b的功能研究，解析了铁养分进入共生体的过程及其参与共生固氮的机制。

研究发现，基因GmVTL1a和GmVTL1b都特异性地在根瘤的固氮区表达，但是只有GmVTL1a定位于烟草原生质体的液泡膜上，并且在酵母中具有二价铁的转运能力。研究通过原位免疫染色实验，证实了GmVTL1a定位在侵染细胞的共生体（下图左）。进一步铁染色观察发现，突变体的根瘤固氮区铁丰度急剧降低（下图右）。此外，突变体的固氮能力受到了严重的阻碍，最终导致低氮条件下植株生长受阻。
因此，该研究发现并证明了GmVTL1a是大豆根瘤特有的铁转运蛋白，负责从宿主细胞向共生体中运输二价铁，从而满足根瘤菌固氮过程对铁的大量需求。

据悉，福建农林大学根系中心三年级硕士生刘升和廖丽莉为该论文的共同第一作者，陈志长教授为通讯作者。根系中心廖红教授与钟永嘉副教授参与了该研究。该研究得到了国家重点研发计划以及国家自然科学基金的资助。

原文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/nph.16506

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