資源環(huán)境學院根系生物學研究中心、亞熱帶農業(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(fā)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(fā)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(tài)和交換態(tài)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。

GmSTOP1調控大豆根系應對酸性土壤低磷,、鋁毒和錳脅迫的模式圖

　　上述文章中，根系生物學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,、廣東省重點領域研發(fā)計劃,、“十四五”廣東省農業(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。

文圖/資源環(huán)境學院