近日，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所饲草育种与栽培创新团队鉴定了紫花苜蓿响应高氮环境的共生固氮调控因子，解析了紫花苜蓿调控根瘤共生固氮的分子机制。相关研究成果发表在《植物杂志（The Plant Journal）》。
苜蓿作为豆科植物，能够与根瘤菌共生形成根瘤进行共生固氮。共生固氮不仅能够为豆科植物提供氮源，提高农业生产力，还能丰富土壤，为后续作物提供氮素，减少作物对氮肥的需求。因此，挖掘调控紫花苜蓿共生固氮的关键基因，解析不同氮环境下紫花苜蓿结瘤固氮机制，对于培育氮高效苜蓿品种、降低农业生产对化学肥料的依赖具有重要意义。
研究人员用不同浓度硝态氮处理紫花苜蓿根瘤，根据转录组数据和加权基因共表达网络分析，筛选到了GARP超家族转录因子MsHHO3。表型验证结果显示，紫花苜蓿MsHHO3过表达株系的根瘤数量、根瘤鲜重及固氮酶活性均显著降低；而通过RNA干扰技术沉默该基因，以及在蒺藜苜蓿中敲除其同源基因后，均能显著提升高氮条件下苜蓿的共生固氮能力，由此明确了HHO3在高氮下对苜蓿共生固氮的负调控功能。进一步研究发现，MsHHO3可直接结合茉莉酸信号通路核心基因MsMYC2的启动子，通过转录级联反应调控下游关键结瘤基因的表达。该研究为培育具有高固氮能力、能够减少农业化肥依赖的紫花苜蓿新品种提供了基因资源和理论支撑。
图 高氮条件下紫花苜蓿MsHHO3介导抑制共生固氮的调控模块
中国农业科学院北京畜牧兽医研究所博士生武雅婧为第一作者，杨青川研究员、王雪副研究员和中国农业大学生物学院梁鹏博研究员为共同通讯作者。本研究得到了中国农业科学院北京畜牧兽医研究所基本科研业务费专项和国家自然科学基金等项目的支持。