GRAS51 promotes legume symbiotic nitrogen fixation and salt tolerance of nodulation by directly regulating NIN expression

根瘤菌 生物 固氮 基因敲除 共生 细胞生物学 基因 基因表达 植物 转录因子 根瘤菌 根瘤 非生物胁迫 激活剂(遗传学) 根瘤菌科 基因表达调控 抄写(语言学) 豆类 生物化学 共生细菌 结核(地质) 草木犀根瘤菌 腿血红蛋白 发起人 原基
作者
Shengyong Wang,Yunyue Xiao,Bao Ao,Qi Yan,Fan Wu,Yangyang Han,Song Jing,Yuncan Qu,Jiyu Zhang
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:199 (3) 被引量:5
标识
DOI:10.1093/plphys/kiaf571
摘要

Abiotic stresses affect the symbiotic relationship between legumes and rhizobia and nodule formation. Salt stress suppresses rhizobial infection, nodule development, and nitrogen fixation efficiency; however, the underlying genetic and molecular mechanisms remain unknown. In this study, we identified a GRAS transcription factor, designated MaGRAS51, that interacts with Nodulation Signaling Pathway 1 (MaNSP1) and jointly binds to the promoter of the Nodule Inception (MaNIN) gene to activate its expression. NSP1 and NIN genes are essential for rhizobial infection, nodule initiation, and symbiotic gene expression in legumes. Overexpression or knockdown of MaGRAS51 in Melilotus albus resulted in increased or decreased nodule number, respectively, which correspondingly led to the significant up- and downregulated expression of MaNIN. Interestingly, MaGRAS51 was highly induced by salt stress during nodulation and activated the expression of MaNIN by directly binding to its promoter independently, thereby maintaining symbiotic nodulation under salt stress. In conclusion, we identified a transcriptional activator of MaNIN and revealed the mechanism by which MaGRAS51 acts as a network node to coordinate the expression of MaNIN and symbiotic nodulation under salt stress conditions, providing insights to improve symbiotic nitrogen fixation in legumes under environmental stress conditions.
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