資源環(huán)境學(xué)院根系生物學(xué)研究中心、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室梁翠月研究員課題組在Plant, Cell & Environment和Journal of Hazardous Materials（中科院一區(qū)Top期刊）分別在線發(fā)表了題為“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(yīng)對酸性土壤養(yǎng)分脅迫的機制。

 

　　我國酸性土壤面積約占全國土地面積的21%。酸性土壤中限制作物生產(chǎn)的主要因子包括養(yǎng)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(yīng)酸性土壤低磷、鋁、錳脅迫的調(diào)控機制，是實現(xiàn)大豆在南方擴種的重要理論基礎(chǔ)。該研究發(fā)現(xiàn)，大豆C2H2鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子基因GmSTOP1-3的表達水平受低磷、鋁和錳處理上調(diào)。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(zhuǎn)錄組和代謝組分析，發(fā)現(xiàn)GmSTOP1-3通過增加根系有機酸分泌及改變黃酮類物質(zhì)合成代謝途徑，增強大豆耐鋁毒能力。然而，GmSTOP1-3調(diào)控的根系有機酸分泌同時也增加了土壤錳有效性，導(dǎo)致植株錳的過量累積。結(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diào)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(tài)和交換態(tài)Mn2+的含量，而金屬轉(zhuǎn)運蛋白基因表達水平的提高也直接促進錳的吸收，導(dǎo)致大豆植株錳中毒的現(xiàn)象。

 

　　上述文章中，根系生物學(xué)研究中心在職博士后劉國選和陳倩倩為Plant, Cell & Environment論文共同第一作者，劉國選為Journal of Hazardous Materials論文第一作者。梁翠月研究員和田江研究員為論文共同通訊作者。上述研究得到了國家重點研發(fā)計劃、廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃、“十四五”廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新十大主攻方向“揭榜掛帥”項目、國家自然科學(xué)基金等項目資助。

 

　　相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pce.15254；

 

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