近日，作物遺傳改良全國重點實驗室大豆團隊在Nature Plants上發(fā)表了題為“The BRUTUS iron sensor and E3 ligase facilitates soybean root nodulation by monoubiquitination of NSP1”的研究論文，不僅明確了鐵是豆科植物結(jié)瘤的重要驅(qū)動力，而且揭示了鐵受體BTS通過單泛素化修飾結(jié)瘤信號關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子NSP1并增強其蛋白穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性，進而促進結(jié)瘤和共生固氮的分子機制。

為了研究鐵對大豆結(jié)瘤的影響，研究團隊首先建立了一個水培體系，系統(tǒng)評價了不同鐵濃度對根瘤菌侵染（侵染線和根瘤原基）和根瘤數(shù)量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使在充足光照和氮匱缺條件下，沒有鐵大豆-根瘤菌共生結(jié)瘤過程被抑制，說明鐵是大豆結(jié)瘤一個重要驅(qū)動力。此外，明確了大豆共生結(jié)瘤的最適宜鐵濃度大約是40 µM，鐵低于該劑量造成養(yǎng)分不足，而高于該水平造成氧化脅迫均抑制早期侵染事件和根瘤的形成（圖1）。進一步分子和遺傳學研究發(fā)現(xiàn)，鐵是通過影響大豆共生結(jié)瘤上游轉(zhuǎn)錄因子GmNSP1a蛋白的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)錄活性，進而調(diào)控核心基因GmNINs的表達水平來發(fā)揮作用。

該研究明確了鐵元素在大豆共生結(jié)瘤過程中的重要作用，并解析了鐵受體BTS-共生信號關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子NSP1構(gòu)成的分子調(diào)控模塊通過監(jiān)測外部鐵水平調(diào)控豆科植物結(jié)瘤的分子機制。這些研究結(jié)果揭示了微量必需營養(yǎng)元素鐵驅(qū)動的豆科植物結(jié)瘤分子遺傳基礎(chǔ)，不僅為提高大豆等豆科作物在鹽堿環(huán)境下的結(jié)瘤與共生固氮效率，提升作物產(chǎn)量品質(zhì)提供了新思路，還為育種家培育“高效、高抗、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)”作物新品種提供新基因和新種質(zhì)資源。

整個研究工作，進行了根系基礎(chǔ)觀測的大量工作，在不同處理條件下的根瘤觀測是重點。利用微根窗技術(shù)觀測大豆-根瘤菌共生結(jié)瘤的整個過程，是得出整體實驗結(jié)論的基礎(chǔ)。由于根瘤的體積較小，對根瘤的觀測需要分辨率更高的根系觀測儀器予以輔助。澳作生態(tài)的AZR根系觀測系列能夠高效地完成根瘤觀測相關(guān)的工作。

AZR-300 復合根系采用攝像頭微根窗技術(shù)和 360 度根系全景圖技術(shù)，結(jié)合所提供根系分析軟件，能夠?qū)⒏迪嚓P(guān)數(shù)據(jù)定量化，包括根的長度、面積、根尖數(shù)量、直徑分布格局、死亡根及存活根數(shù)量等，可以原位非破壞性獲取不同時間和深度的根系分布或土壤剖面圖像數(shù)據(jù)，廣泛運用于植物生理生態(tài)、生長模型、根系形 態(tài)分析、土壤結(jié)構(gòu)演變、昆蟲行為生態(tài)等研究領(lǐng)域。

根毛拍攝實測圖片展示：