王学路教授发现大豆R蛋白GmNNL1调控大豆与根瘤菌共进化过程中根瘤菌侵染方式的转变

大豆共生固氮效率受大豆-根瘤菌共生匹配性的影响，但是长期以来，共生匹配性的遗传和分子调控机制知之甚少。

本研究组首先构建了一个具有丰富遗传变异的、包含496份主要来自中国的栽培大豆核心种质群体SoyCore；通过重测序获得SoyCore群体的基因型，结合接种慢生型根瘤菌USDA110后群体的根瘤数目表型，进一步通过全基因组关联分析、遗传分析和分子生物学的方法，鉴定到一个编码TIR-NBS-LRR蛋白的R基因GmNNL1（Nodule Number Locus 1），它能够限制慢生型根瘤菌侵染大豆，降低大豆的根瘤数目。进一步研究发现，在大豆与根瘤菌的共进化过程中，一个GmSINE1转座子的插入导致了该基因只能编码截短形式的GmNNL1蛋白，使其功能失活，从而促进了大豆与土壤中慢生型根瘤菌的识别，增加了大豆根瘤数量，进而提高了大豆单株固氮能力和地上生物量。本研究揭示了大豆-根瘤菌共生匹配性的遗传和分子机制，阐释了大豆与根瘤菌共进化过程中根瘤菌由裂缝侵染向高效根毛侵染转换事件的分子进化机制，为利用大豆-根瘤菌共生匹配性进行高效固氮分子设计育种提供了重要理论依据和目标基因。

2021年1月15日，该研究成果以“Glycine max NNL1 restricts symbiotic compatibility with bradyrhizobia via root hair infection in soybean”为题发表在Nature Plants杂志上（论文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33452487/）。

GmNNL1的功能缺失导致根瘤菌由裂隙侵染向根毛侵染转变的模式图