Arbuscular Mycorrhizal Fungi Promote Nodulation and N2 Fixation in Soybean by Specific Root Exudates

固氮 根瘤菌 生物 共生 大豆黄酮 植物 染料木素 根瘤菌 生物化学 细菌 基因 遗传学 内分泌学
作者
Yuanyuan Li,Luwen Lu,Qianqian Wang,Xiangdong Liu,Jiang Tian,Ruifu Zhang,Hong Liao,Hans Lambers,Xiurong Wang
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:48 (7): 5514-5528 被引量:18
标识
DOI:10.1111/pce.15529
摘要

ABSTRACT Legume plants commonly associate with both arbuscular mycorrhizal (AM) fungi and rhizobia and thus enhance the acquisition of phosphorus (P) and nitrogen (N) nutrition. Inoculation with AM fungi can promote nodulation and N 2 fixation of legume plants; however, the underlying mechanisms remain poorly understood. Here, root exudates collected from AM‐colonised soybean plants showed greater accumulation of the specific flavonoids (daidzein and genistein) and phenolic acids (benzoic acid and p ‐Hydroxybenzoic acid), and significantly promoted nodulation. Furthermore, the exudates from AM‐colonised roots and the derived specific flavonoids and phenolic acids effectively increased rhizobial growth, chemotaxis, biofilm formation. Addition of the specific synthetic root exudates enhanced nodulation and N 2 fixation, and expression of the core nodulation genes in soybean. Overexpression of a phenylalanine ammonia‐lyase gene, GmPAL2.4 markedly upregulated the expression of the genes related to the biosynthesis of daidzein, genistein, benzoic acid, and p ‐Hydroxybenzoic acid, and increased accumulation of these specific flavonoids and phenolic acids in the transgenic plants, thus enhancing nodulation and N 2 fixation. In summary, we demonstrated a crucial role of specific flavonoids and phenolic acids induced by AM symbiosis in promoting rhizobium‐host symbiosis. This offers a pathway for improving symbiotic efficiency through the use of specific synthetic compounds.
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