Selon l'Académie chinoise des sciences, le 22 novembre, le groupe de recherche Chao Daiyin du Centre d'excellence en science moléculaire des plantes de l'Académie chinoise des sciences et le groupe de recherche Tian Zhixi de l'Institut de génétique et de biologie du développement ont publié une publication en ligne. dans Current Biology intitulé Les variantes naturelles des transporteurs de molybdate contribuent aux caractéristiques de rendement du soja par des articles de recherche affectant la synthèse de l'auxine. Dans cette étude, deux gènes clés régulant la variation naturelle de la teneur en molybdène des grains de soja, GmMOT1.1 et GmMOT1.2, ont été clonés par analyse d'association à l'échelle du génome. Les résultats ont montré que ces deux gènes augmentaient la surface photosynthétique des feuilles de soja en favorisant la synthèse d'auxine dépendante du molybdène dans les feuilles de soja, augmentant ainsi le rendement du soja. En outre, l'étude a également révélé que les deux gènes possèdent cinq haplotypes et que la répartition géographique de ces haplotypes est étroitement liée au pH du sol, ce qui peut fournir des marqueurs moléculaires pour une sélection personnalisée de soja adaptée à différents types de sol.
Le molybdène (Mo) est un oligoélément indispensable à la croissance des plantes et joue un rôle important dans plusieurs processus biologiques. Pour les légumineuses, l’engrais au molybdène est particulièrement important. Dans la production agricole, il est souvent nécessaire d’augmenter le potentiel de production des légumineuses en appliquant un engrais foliaire au molybdène. On pense généralement que la demande extrêmement élevée d'engrais à base de molybdène dans les légumineuses est liée à la forte demande de molybdène dans le processus de fixation biologique de l'azote des légumineuses. Cependant, cette théorie entre en conflit avec la nécessité de saupoudrer d’engrais au molybdène sur les feuilles en production. Cela est dû au fait que la fixation de l'azote dans les nodules se produit dans les racines, mais qu'il n'y a aucun rapport sur le transport de nutriments minéraux des feuilles aux racines des plantes. Par conséquent, il pourrait y avoir un mécanisme inconnu expliquant pourquoi l’engrais foliaire au molybdène favorise la production.
Le soja est l’une des principales cultures et constitue la principale source de protéines et d’huile pour l’homme. Cependant, on ne sait pas clairement s'il existe des variations naturelles dans la capacité des différentes variétés de soja à absorber et à utiliser le molybdène, comment ces variations affectent la production de soja et comment ces variations peuvent être exploitées.
Dans cette étude, nous avons cloné deux gènes qui régulent la variation naturelle de la teneur en molybdène du soja, GmMOT1.1 et GmMOT1.2, en utilisant l'iononomie et l'analyse d'association à l'échelle du génome. Grâce à une analyse plus approfondie, il a été constaté que la souche naturelle de soja contenait cinq haplotypes majeurs de GmMOT1.1 et GmMOT1.2. Parmi eux, le niveau d'expression et la capacité de transport du molybdène du cinquième haplotype étaient les plus élevés dans le soja, tandis que le niveau d'expression et la capacité de transport du molybdène de l'haplotype 4 étaient les plus bas. Une série d'expériences génétiques et moléculaires ont montré que GmMOT1.1 et GmMOT1.2 étaient impliqués dans l'absorption du molybdène par les racines du soja et dans le transport du molybdène des pousses par les racines. Lorsque la fonction de GmMOT1.1 et GmMOT1.2 diminuait, la teneur en molybdène et le rendement des mutants étaient considérablement réduits, tandis que l'amélioration de GmMOT1.1 pourrait augmenter considérablement la teneur en molybdène et le rendement du soja. Par conséquent, ces deux gènes régulaient la teneur en molybdène des pousses de soja et affectaient davantage le rendement du soja.
L'étude a montré que GmMOT1.1 et GmMOT1.2 n'affectaient pas la capacité de fixation de l'azote des nodules racinaires, ni d'autres processus d'assimilation de l'azote. La teneur en auxine des feuilles était significativement modifiée chez les mutants et surexprimant GmMOT1.1 et GmMOT1.2. Parmi eux, la teneur en auxine dans les feuilles du mutant était significativement diminuée, tandis que la teneur en auxine dans les feuilles des lignées surexprimées était augmentée. En outre, les résultats ont montré qu'il existait une aldéhyde oxydase liée au molybdène dans les feuilles de soja, qui pourrait catalyser la synthèse de l'indole-3-acétaldéhyde (IAAld) à partir de l'acide auxine indole-3-acétique (IAA), mais que l'activité catalytique dépendait de la teneur en molybdène. Par conséquent, lorsque les fonctions de GmMOT1.1 et GmMOT1.2 sont devenues plus fortes, la teneur en molybdène dans les feuilles a augmenté, ce qui a favorisé la synthèse de l'auxine et la croissance des feuilles, ce qui a augmenté le rendement du soja. Cela explique pourquoi les rendements du soja peuvent être augmentés en agriculture en pulvérisant de l'engrais au molybdène directement à partir des feuilles.
En outre, l'étude a également révélé qu'il existait une association étroite entre la répartition des différents haplotypes des deux gènes dans différentes zones de culture en Chine et le pH du sol. Les haplotypes hautement fonctionnels étaient principalement distribués dans les zones de sols acides à faible teneur en molybdène, tandis que les haplotypes faiblement fonctionnels étaient davantage répartis dans les zones de sols alcalins à haute teneur en molybdène, ce qui indique que les deux ont été sélectionnés artificiellement. Cela suggère que ces deux gènes peuvent être utilisés pour concevoir des marqueurs moléculaires pour le développement de variétés de soja personnalisées à haut rendement, adaptées aux sols présentant différents niveaux de pH.
Cette étude a révélé le mécanisme génétique de la variation naturelle de la teneur en molybdène dans les grains de soja, a clarifié le principe de l'engrais au molybdène dans les cultures de légumineuses et a exploré les marqueurs moléculaires de la sélection du soja personnalisés en fonction du pH du sol, ce qui a fourni une base scientifique pour optimiser davantage la plantation de soja. et les stratégies de sélection et la culture de variétés de soja nutritionnellement efficaces.
