Natural Variation of NAR5 Determines Nitrogenase Activity and the Yield in Soybean

固氮酶 固氮 生物 数量性状位点 人口 基因 基因座(遗传学) 甘氨酸 突变体 固定(群体遗传学) 特质 候选基因 人口自然增长 植物 遗传学 丝氨酸 产量(工程) 表型 生物化学 自然选择 化学 遗传变异 种质资源 栽培 染色体
作者
Chao Ma,Hanyu Zhao,Haojie Feng,Xulun Dong,Lin Chen,Mingliang Yang,Runyi Chen,Chengjun Lei,Chunyan Liu,Qingshan Chen,Dawei Xin,Jinhui Wang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: e21100-e21100
标识
DOI:10.1002/advs.202521100
摘要

ABSTRACT Symbiotic nitrogen fixation (SNF) serves as a vital process through which legumes acquire atmospheric nitrogen, directly influencing plant growth, yield, and soil fertility. Nitrogenase activity represents a key determinant of SNF efficiency, yet only a limited number of genes regulating this process have been identified in soybean nodules. In this study, a genome‐wide association analysis uncovered a major quantitative trait locus (QTL) on chromosome 5, named NAR5 ( Nitrogenase Activity Related Gene 5 ), which governs variation in nitrogenase activity among natural soybean populations under controlled greenhouse conditions. NAR5 encodes a subtilisin‐like serine protease. Functional characterization demonstrated that NAR5 overexpression downregulates the transcription of senescence‐associated genes in nodules, thereby sustaining nitrogenase function. Moreover, plants overexpressing NAR5 exhibited enhanced field performance, with increased yield and improved adaptation to low‐nitrogen conditions. Population analysis revealed that NAR5 is subject to selection pressure during domestication, and that the elite haplotype NAR5 HapI‐1 linked to superior nitrogenase activity and greater seed weight has been preferentially incorporated into modern breeding germplasm. In summary, these findings identify NAR5 as a candidate genetic regulator of SNF efficiency in soybean, providing a promising molecular target for breeding high‐yield, nitrogen‐efficient cultivars.
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