河南农业大学研究生，河南农业大学研究生院
大豆(Glycine max) 是世界上最重要的粮油兼用作物，土壤缺磷以及磷吸收利用效率低严重制约了大豆生产的发展。乙烯是一种逆境激素，它作为信号参与多种胁迫反应，在低磷胁迫诱导的根系形态重塑中起关键作用。属于AP2/ERF转录因子家族的ERF亚家族是乙烯介导的应激反应信号通路的关键下游调节因子，广泛参与植物的生长发育及各种逆境胁迫应答调控。大豆中有关ERF转录因子如何参与调控根系适应低磷胁迫的机理尚不清楚，因此挖掘耐低磷关键基因并解析其分子作用机理，对提高大豆磷效率具有重要意义。
近日，河南农业大学大豆分子设计育种创新团队张丹教授课题组在Plant Physiology发表了题为“Transcription factors GmERF1 and GmWRKY6 synergistically regulate low phosphorus tolerance in soybean”的研究论文，揭示了转录因子GmERF1和GmWRKY6协同调控低磷胁迫响应的分子机制。
该研究首先通过转录组分析和时空表达模式分析发现大豆ERF亚家族中的 GmERF1 响应低磷胁迫诱导，并在大豆极端基因型中的表达量存在显著差异。对559份大豆种质的基因组序列分析表明， GmERF1 等位基因变异经历了人工选择，其单倍型与磷效率相关性状显著相关。功能分析发现基因编辑敲除 GmERF1 可显著提高根系的生长发育和磷的吸收利用能力，而过表达 GmERF1 则表现出对低磷更为敏感的表型，同时显著影响磷代谢途径中相关基因的表达。进一步研究发现 GmERF1 可通过调节转基因植株根系的ACC含量进而导致根系构型发生变化。蛋白互作显示，GmERF1与GmWRKY6发生物理相互作用且通过促进GmWRKY6的表达，共同调控 GmPHT1s 等下游靶基因的转录，并最终影响低磷胁迫下植物对磷的利用效率 。
综上所述，低磷胁迫环境下，GmERF1可以通过调节激素水平来影响大豆根系发育，从而促进大豆对磷的吸收。这一发现为植物对低磷胁迫的响应提供了一个参考模型，并揭示了主要来自野生大豆的GmERF1基因的Hap1是开发耐低磷作物的一个有潜力的候选基因。
大豆GmERF1-GmWRKY6模块介导大豆响应低磷胁迫的作用模型
河南农业大学农学院硕士研究生王瑞阳为论文第一作者，河南农业大学农学院张丹教授和胡丹丹博士为论文共同通讯作者。平顶山学院宋海娜老师提供了部分转录组数据，国家超级计算郑州中心提供了数据分析平台。本研究得到了国家自然科学基金项目，“中原英才计划”中原青年拔尖人才与河南省重大科技专项等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiad170
河南农业大学研究生(河南农业大学研究生院)
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