華南農業大學根系生物學研究中心揭示大豆根系“顧此失彼”應對酸性土壤低磷、鋁、錳脅迫的分子機制

核心提示：揭示了大豆“顧此失彼”地應對酸性土壤養分脅迫的機制。……（世界食品網-www.shijieshipin.com）

資源環境學院根系生物學研究中心、亞熱帶農業生物資源保護與利用國家重點實驗室樑翠月研究員課題組在Plant, Cell & Environment和Journal of Hazardous Materials（中科院一區Top期刊）分別在線發表了題爲“GmSTOP1-3 Increases Soybean Manganese Accumulation Under Phosphorus Deficiency by Regulating GmMATE2/13 and GmZIP6/GmIREG3”和“GmSTOP1-3 regulates flavonoid synthesis to reduce ROS accumulation and enhance aluminum tolerance in soybean”等系列研究論文。揭示了大豆“顧此失彼”地應對酸性土壤養分脅迫的機制。

我國酸性土壤面積約佔全國土地面積的21%。酸性土壤中限制作物生產的主要因子包括養分有效性低（如：氮、磷）和金屬毒害（如：鋁、錳）等。因此，闡明大豆綜合適應酸性土壤低磷、鋁、錳脅迫的調控機制，是實現大豆在南方擴種的重要理論基礎。該研究發現，大豆C2H2鋅指蛋白轉錄因子基因GmSTOP1-3的表達水平受低磷、鋁和錳處理上調。超量表達GmSTOP1-3不僅提高了大豆植株磷效率，增強其耐鋁毒能力，同時也提高了植株的錳敏感性。綜合轉錄組和代謝組分析，發現GmSTOP1-3通過增加根系有機酸分泌及改變黃酮類物質合成代謝途徑，增強大豆耐鋁毒能力。然而，GmSTOP1-3調控的根系有機酸分泌同時也增加了土壤錳有效性，導致植株錳的過量累積。結合酵母單雜，雙熒光素酶報告基因檢測，以及凝膠遷移等實驗證明，GmSTOP1-3能夠直接激活膜定位檸檬酸轉運蛋白編碼基因GmMATE2/13的表達，促進大豆根系檸檬酸的分泌；同時也直接激活了金屬轉運蛋白基因GmZIP6/GmIREG3的表達，促進錳的吸收。因此，在酸性土壤上，大豆GmSTOP1-3調控有機酸分泌促進根尖耐鋁毒和活化難溶無機磷的同時，不可避免地增加了土壤可溶態和交換態Mn2+的含量，而金屬轉運蛋白基因表達水平的提高也直接促進錳的吸收，導致大豆植株錳中毒的現象。

上述文章中，根系生物學研究中心在職博士後劉國選和陳倩倩爲Plant, Cell & Environment論文共同第一作者，劉國選爲Journal of Hazardous Materials論文第一作者。樑翠月研究員和田江研究員爲論文共同通訊作者。上述研究得到了國家重點研發計劃、廣東省重點領域研發計劃、“十四五”廣東省農業科技創新十大主攻方向“揭榜掛帥”項目、國家自然科學基金等項目資助。

相關論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pce.15254；

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136074。

日期：2025-02-06