7月12日，东北农业大学农学院、智慧农场技术与系统全国重点实验室和大豆生物学教育部重点实验室辛大伟教授、陈庆山教授等与多家单位合作，在解析根瘤菌III型效应因子调控共生结瘤机制方面取得新进展，成果以《The type Ⅲ effector NopL interacts with GmREM1a and GmNFR5 to promote symbiosis in soybean》为题发表于国际著名期刊《自然•通讯》 (Nature Communications)。该研究揭示了广宿主根瘤菌Sinorhizobium frediiHH103的III型效应因子NopL通过与GmREM1a和NF受体NFR5互作影响NF信号传递，并促进GmNFR5在nanodomain上的招募，进而影响大豆与根瘤菌共生建立。

大豆（Glycine max）是人类和畜牧业的重要蛋白质来源，同时也是重要的油料作物。大豆在长期的进化过程中通过与根瘤菌相互作用形成根瘤，通过生物固氮将空气中的氮气高效转化成化合态氮，使大豆适应低氮环境，维持大豆正常的生长发育。豆科植物与根瘤菌共生的建立起始于豆科宿主对根瘤菌结瘤因子（Nod factor，NF）的识别。除此之外，根瘤菌III型效应因子（T3Es）也是共生建立过程中重要的调控因子，但是关于豆科植物根瘤菌T3Es的研究大多停留在表型及生化功能的研究上，众多T3Es在共生建立过程中的分子调控机制及信号网络调控并未解析，并且T3Es是否影响NF信号还不明确。

在本研究中，通过对根瘤菌突变体的结瘤鉴定，研究人员首先发现了根瘤菌HH103的T3E NopL影响NF信号。为了解析这一调控机制，通过pull down-MS鉴定到了NopL的互作蛋白GmREM1a（MtSymREM1的同源基因）。与野生型相比，大豆Gmrem1a突变体接种HH103以及其突变体在根瘤数目以及侵染线数目上均没有显著差异。在野生型大豆中过表达NopL并接种HH103以及nopL突变体可以有效增加的根瘤数目，而接种nodA以及nodAΩnopL突变体的根瘤数目不会显著增加。并且在Gmrem1a背景下过表达NopL接种HH103或者其突变体均不会有效增加根瘤数目。这些结果表明NopL介导的NF信号的功能依赖于GmREM1a。进一步的研究发现NopL通过与GmREM1a和GmNFR5的相互作用，可以促进GmREM1a与GmNFR5之间的互作，并且促进GmREM1a在nanodomain上招募GmNFR5。

这一发现不仅揭示了在共生建立时根瘤菌III型效应因子NopL的分子功能，还解析了NF信号与T3E协同调控共生结瘤的功能。更重要的是，该研究为深入理解大豆与根瘤菌共生建立提供了新的视角，也为今后高效共生固氮的大豆遗传改良以及高匹配性的根瘤菌菌剂的研发提供了理论基础。

NopL与GmREM1a和NFR5调控根瘤共生的模型

东北农业大学辛大伟教授、陈庆山教授，中科院田志喜研究员，华中农业大学苏超教授以及法国巴黎萨克雷大学的Pascal Ratet教授为该论文的通讯作者；东北农业大学农学院博士生马超、副教授王锦辉以及华中农业大学博士生高永康为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划等多个项目的资助。

通讯作者介绍：

辛大伟简介：

九三学社社员，博士，教授，博士研究生导师。香江学者（2013），黑龙江省大豆技术攻关项目技术首席（2024）。现任九三学社东北农业大学委员会主任委员、九三学社省委委员、九三学社省委农林专业委员会副主任委员、黑龙江省第十三届省政协委员、中国智慧工程协会副主任委员。现为《中国油料作物学报》《大豆科技》编委会成员。工作以来，陆续承担博、硕士和本科生课程2门。培养博士后2人；培养博士6人，毕业1人；培养硕士25人，毕业8人。主持国家自然基金面上项目、青年项目、国家重点研发项目子任务等各级课题17项，经费800多万元；发表论文近50篇，其中SCI30余篇，他引次数累计达到200次以上。主编或参编著作3部。参与审东农豆251、东农豆252和东农豆253大豆新品种3个，累计种植1000多万亩，合计经济效益30.72亿元；获批国家发明专利12项，荣获黑龙江省科学技术二等奖1项（2015）、荣获黑龙江省科学技术三等奖1项（2021）。

陈庆山简介：

博士，二级教授，博士研究生导师，国家大豆工程技术中心主任，智慧农场与技术系统全国重点实验室副主任，主要从事大豆遗传改良和智慧农业研究。主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金区域联合重点等重要项目，发表论文300余篇，其中SCI论文100余篇；主编或参编著作7部；主持审定“东农55”“东农豆251”“东农豆252”“东农豆253”大豆新品种4个，参加审定品种17个，累计种植2266.93万亩，合计经济效益180.72亿元；获得植物新品种保护权4项、计算机软件著作权7项，申请基因专利4项。

第一作者介绍：

马超简介：

2022级博士研究生在读，主要从事大豆-根瘤菌互作、大豆高效氮利用及品种改良相关研究。在Nature Communications、Journal of Hazardous Materials、Crop Journal、Food and Energy Security等期刊上以第一作者（含并列）发表论文6篇。

王锦辉简介：

博士，副教授，硕士研究生导师；主要从事大豆-根瘤菌/微生物组互作、及互作逆境适应与改良工作。目前主持国家自然科学基金1项，中国博士后基金1项，参与国家重点研发计划2项；在以第一作者/通讯作者（含共同）在Nature Communications、Molecular Plant、Journal of Hazardous Materials、Crop journal、Frontiers in plant science、Journal of Integrative Agriculture、International journal of molecular sciences、Physiologia Plantarum等期刊发表论文17篇；授权发明专利2项；参与审定大豆品种2个。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50228-w