Spatiotemporal changes in gibberellin content are required for soybean nodulation

根瘤菌 生物 根瘤 慢生型大豆根瘤菌 共生 器官发生 基因 赤霉素 细胞生物学 植物 结核(地质) 基因表达 根瘤菌科 生物化学 遗传学 细菌 古生物学
作者
Xitong Chu,Huanan Su,Satomi Hayashi,Peter M. Gresshoff,Brett J. Ferguson
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:234 (2): 479-493 被引量:20
标识
DOI:10.1111/nph.17902
摘要

The plant hormone gibberellin (GA) is required at different stages of legume nodule development, with its spatiotemporal distribution tightly regulated. Transcriptomic and bioinformatic analyses established that several key GA biosynthesis and catabolism enzyme encoding genes are critical to soybean (Glycine max) nodule formation. We examined the expression of several GA oxidase genes and used a Förster resonance energy transfer-based GA biosensor to determine the bioactive GA content of roots inoculated with DsRed-labelled Bradyrhizobium diazoefficiens. We manipulated the level of GA by genetically disrupting the expression of GA oxidase genes. Moreover, exogenous treatment of soybean roots with GA3 induced the expression of key nodulation genes and altered infection thread and nodule phenotypes. GmGA20ox1a, GmGA3ox1a, and GmGA2ox1a are upregulated in soybean roots inoculated with compatible B. diazoefficiens. GmGA20ox1a expression is predominately localized to the transient meristem of soybean nodules and coincides with the spatiotemporal distribution of bioactive GA occurring throughout nodule organogenesis. GmGA2ox1a exhibits a nodule vasculature-specific expression pattern, whereas GmGA3ox1a can be detected throughout the nodule and root. Disruptions in the level of GA resulted in aberrant rhizobia infection and reduced nodule numbers. Collectively, our results establish a central role for GAs in root hair infection by symbiotic rhizobia and in nodule organogenesis.
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