По данным Китайской академии наук, 22 ноября исследовательская группа Чао Дайинь Центра передового опыта в области молекулярных наук о растениях Китайской академии наук и исследовательская группа Тянь Чжиси Института генетики и биологии развития опубликовали онлайн-публикацию. в «Современной биологии» под названием «Природные варианты переносчиков молибдата способствуют повышению урожайности соевых бобов» в исследовательских работах, влияющих на синтез ауксина. В этом исследовании два ключевых гена, регулирующие естественные вариации содержания молибдена в зернах сои, GmMOT1.1 и GmMOT1.2, были клонированы посредством полногеномного ассоциативного анализа. Результаты показали, что эти два гена увеличили фотосинтетическую площадь листьев сои, способствуя молибден-зависимому синтезу ауксина в листьях сои, тем самым увеличивая урожайность сои. Кроме того, исследование также показало, что эти два гена имеют пять гаплотипов, и географическое распространение этих гаплотипов тесно связано с pH почвы, что может служить молекулярными маркерами для индивидуальной селекции сои, адаптированной к различным типам почв.
Молибден (Mo) является незаменимым микроэлементом для роста растений и играет важную роль в ряде биологических процессов. Для зернобобовых растений особенно важно молибденовое удобрение. В сельскохозяйственном производстве часто возникает необходимость повышения продуктивности бобовых культур путем внесения внекорневых молибденовых удобрений. Принято считать, что сверхвысокая потребность бобовых растений в молибденовых удобрениях связана с высокой потребностью молибдена в процессе биологической азотфиксации бобовых растений. Однако эта теория противоречит необходимости посыпать листья молибденовым удобрением при производстве. Это связано с тем, что фиксация азота в клубеньках происходит в корнях, но о транспорте минеральных элементов питания из листьев в корни у растений нет. Таким образом, может существовать неизвестный механизм, благодаря которому внекорневые молибденовые удобрения способствуют увеличению производства.
Соевые бобы являются одной из основных сельскохозяйственных культур и основным источником белка и масла для человека. Однако неясно, существуют ли естественные различия в способности разных сортов сои поглощать и использовать молибден, как эти различия влияют на производство сои и как эти различия можно использовать.
В этом исследовании мы клонировали два гена, которые регулируют естественные вариации содержания молибдена в соевых бобах, GmMOT1.1 и GmMOT1.2, используя иономику и полногеномный ассоциативный анализ. Путем дальнейшего анализа было обнаружено, что природный штамм сои содержит пять основных гаплотипов GmMOT1.1 и GmMOT1.2. Среди них уровень экспрессии и транспортная способность молибдена пятого гаплотипа были самыми высокими у сои, тогда как уровень экспрессии и транспортная способность молибдена гаплотипа 4 были самыми низкими. Серия генетических и молекулярных экспериментов показала, что GmMOT1.1 и GmMOT1.2 участвуют в поглощении молибдена корнями сои и транспорте молибдена из побегов корнями. Когда функция GmMOT1.1 и GmMOT1.2 снижалась, содержание молибдена и урожайность мутантов значительно снижались, тогда как усиление GmMOT1.1 могло значительно увеличивать содержание молибдена и урожайность сои. Таким образом, эти два гена регулировали содержание молибдена в побегах сои и в дальнейшем влияли на урожайность сои.
Исследование показало, что GmMOT1.1 и GmMOT1.2 не влияют на способность корневых клубеньков к азотфиксации, а также не влияют на другие процессы ассимиляции азота. Содержание ауксина в листьях существенно изменялось у мутантов и сверхэкспрессирующих GmMOT1.1 и GmMOT1.2. Среди них содержание ауксина в листьях мутанта было значительно снижено, тогда как содержание ауксина в листьях сверхэкспрессированных линий повышено. Кроме того, результаты показали, что в листьях сои присутствует молибденсвязанная альдегидоксидаза, которая может катализировать синтез индол-3-ацетальдегида (IAAld) из ауксина индол-3-уксусной кислоты (IAA), но каталитическая активность зависит от содержание молибдена. Следовательно, когда функции GmMOT1.1 и GmMOT1.2 усиливались, содержание молибдена в листьях увеличивалось, что способствовало синтезу ауксина и росту листьев, что, в свою очередь, повышало урожайность сои. Это объясняет, почему урожайность сои в сельском хозяйстве можно повысить, распыляя молибденовые удобрения прямо на листья.
Кроме того, исследование также показало, что существует тесная связь между распределением различных гаплотипов двух генов в разных районах выращивания в Китае и pH почвы. Высокофункциональные гаплотипы были в основном распространены на кислых участках с низким содержанием молибдена, тогда как слабофункциональные гаплотипы были более распространены на участках с щелочными и высокомолибденовыми почвами, что указывает на их искусственный отбор. Это говорит о том, что эти два гена могут быть использованы для создания молекулярных маркеров для создания индивидуальных высокоурожайных сортов сои, адаптированных к почвам с различным уровнем pH.
Исследование выявило генетический механизм естественного изменения содержания молибдена в зерне сои, уточнило принцип внесения молибдена в бобовые культуры, а также изучило молекулярные маркеры селекции сои, адаптированные к pH почвы, что послужило научной основой для дальнейшей оптимизации посевов сои. стратегии селекции и выращивания питательно-эффективных сортов сои.
