Carbon-nitrogen trading in symbiotic nodules depends on magnesium import

生物 根瘤菌 共生 固氮 胞间连丝 固氮酶 营养物 结核(地质) 根瘤 植物 氮气 细胞生物学 生态学 细菌 化学 细胞壁 遗传学 古生物学 有机化学
作者
Hongrui Cao,Wenting Peng,Miaomiao Nie,Shuang Bai,Chun-Qu Chen,Qian Liu,Zilong Guo,Hong Liao,Zhichang Chen
出处
期刊:Current Biology [Elsevier BV]
卷期号:32 (20): 4337-4349.e5 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.cub.2022.08.019
摘要

Symbiotic nitrogen fixation provides large amounts of nitrogen for global agricultural systems with little environmental or economic costs. The basis of symbiosis is the nutrient exchange occurring between legumes and rhizobia, but key regulators controlling nutrient exchange are largely unknown. Here, we reveal that magnesium (Mg), an important nutrient factor that preferentially accumulates in inner cortical cells of soybean nodules, shows the most positive correlation with nodule carbon (C) import and nitrogen (N) export. We further identified a pair of Mg transporter genes, GmMGT4 and GmMGT5, that are specifically expressed in the nodule cortex, modulating both nodule Mg import and C-N transport processes. The GmMGT4&5-dependent Mg import activates the activity of a plasmodesmata-located β-1,3-glucanase GmBG2 and consequently keeps plasmodesmata permeable for C-N transport in nodule inner cortical cells. Our studies discovered an important regulating pathway for host plants fine-tuning nodule C-N trading to achieve optimal growth, which may be helpful for optimizing nutrient management for soybean production.
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