为了克服氮缺乏，豆科植物根与在专门器官（根瘤）中培育的固氮根瘤菌建立共生相互作用。与其他器官类似，根瘤的形成是由原基部位植物激素生长素的局部最大值决定的。然而，生长素如何调节根瘤发育仍然知之甚少。

福建农林大学研究团队在THE PLANT CELL发表了一篇名为“GmPIN-dependentpolar auxin transport is involved in soybean nodule development”的文章揭示了GmPIN 依赖性生长素极性转运参与大豆根瘤发育 。

在这项研究中，我们证明大豆根瘤原基的形成涉及GmPIN1介导的极性生长素运输。在所有经典pin中，GmPIN1同源基因GmPIN1b、c、d在根瘤原基形成过程中在根瘤原基细胞中特异表达，其动态极性表明参与了根瘤原基形成的生长素定向流动。我们发现，上游结瘤诱导子类黄酮触发中柱限制的GmPIN1b向皮层细胞的扩展分布，细胞分裂素通过重新排列细胞GmPIN1b的极性使生长素流快速重定向。以CRISPR/Cas9为基础的GmPIN1a、GmPIN1b和GmPIN1c突变未能建立一个稳定的基因在根瘤分生组织中集中生长素，导致皮层细胞分裂异常。此外，我们还发现大豆进化出了GmPIN9d在根和根瘤之间的连接维管束中强烈积聚。在这些组织中，GmPIN9d与GmPIN1协同作用，协调脉管系统内的生长素供应，使结节增大。我们的发现揭示了GmPIN依赖的极性生长素的基本作用。

为了寻找结节表达的GmPINs，我们从结节中提取了14dpi的RNA进行逆转录定量PCR（RT-qPCR）。在23个GmPIN中，成熟结节中检测到典型PIN同源基因GmPIN1、GmPIN2、GmPIN3。此外，GmPIN5a和GmPIN9d转录物在成熟结节中显著丰富，表明它们可能也参与了根瘤的形成（图2B）。因此，在结节发育过程中，GmPIN9的功能值得研究我们的进一步研究。

图2.GmPINs在结节发育过程中的表达模式

 通过将GmPIN9d-GFP融合蛋白置于天然GmPIN9d启动子的控制下，我们进一步检测了GmPIN9d在大豆根和根瘤中的体内分布（图9A）。基于dTomato荧光筛选系统选择转化的阳性毛状根（补充图S12A）。在pGmPIN9d:GmPIN9d-GFP阳性毛状根中，根的原木质部中存在一个强的GFP信号，并有向根的PM定位（图9B）。特别是，这个GmPIN9d-GFP信号与根瘤和根瘤连接处的维管束有关。根瘤连接脉管系统中GmPIN9d的强极化表明其可能参与将生长素流引导到根瘤中（图9B，补充图S11G）。这种GmPIN9d极化模式类似于结核发育后期的GmPIN1，表明它们具有协同作用。因此，我们通过基于dTomato的毛状根筛选系统在Gmpin1abc三突变体中引入了Gmpin9d-RNAi结构。得到的Gmpin1abc-Gmpin9d-RNAi显示出相当的结节密度，但结节大小比Gmpin1abc小得多（图9C-E，补充图S12B-D）。以上结果表明，GmPIN9d依赖的极性生长素转运功能在根瘤发育后期发挥，与GmPIN1协同调控根瘤扩大。

图9.GMPIN9D与GMPIN1协同结节扩大协同工作

豆类植物与根瘤菌相互作用，形成结节器官，代表着豆科植物与共生伙伴协调信号和营养物质的互利交换的方式。以往的研究充分表明Nod因子识别、结节起始（NIN）转录因子和植物激素细胞分裂素在结节形成中的关键作用。在这里，我们证明了动态GmPIN1极化在根瘤原基发育过程中建立了生长素通道化；黄酮类化合物影响GmPIN1的分布，细胞分裂素重排细胞GmPIN1的极性，参与生长素梯度的形成。结节增大的后期包括GmPIN9d和GmPIN1依赖的生长素在结节脉管系统内的转运（图9F）。因此，我们的数据提供了生长素调控豆科植物根瘤发育的见解。

文献链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koab183