近日，作物遺傳改良全國重點實驗室大豆團隊在Nature Plants上發(fā)表了題為“The BRUTUS iron sensor and E3 ligase facilitates soybean root nodulation by monoubiquitination of NSP1"的研究論文，不僅明確了鐵是豆科植物結瘤的重要驅動力，而且揭示了鐵受體BTS通過單泛素化修飾結瘤信號關鍵轉錄因子NSP1并增強其蛋白穩(wěn)定性和轉錄活性，進而促進結瘤和共生固氮的分子機制。

為了研究鐵對大豆結瘤的影響，研究團隊首先建立了一個水培體系，系統(tǒng)評價了不同鐵濃度對根瘤菌侵染（侵染線和根瘤原基）和根瘤數(shù)量的影響。結果發(fā)現(xiàn)，即使在充足光照和氮匱缺條件下，沒有鐵大豆-根瘤菌共生結瘤過程被抑制，說明鐵是大豆結瘤一個重要驅動力。此外，明確了大豆共生結瘤的最適宜鐵濃度大約是40 µM，鐵低于該劑量造成養(yǎng)分不足，而高于該水平造成氧化脅迫均抑制早期侵染事件和根瘤的形成（圖1）。進一步分子和遺傳學研究發(fā)現(xiàn)，鐵是通過影響大豆共生結瘤上游轉錄因子GmNSP1a蛋白的穩(wěn)定和轉錄活性，進而調控核心基因GmNINs的表達水平來發(fā)揮作用。

該研究明確了鐵元素在大豆共生結瘤過程中的重要作用，并解析了鐵受體BTS-共生信號關鍵轉錄因子NSP1構成的分子調控模塊通過監(jiān)測外部鐵水平調控豆科植物結瘤的分子機制。這些研究結果揭示了微量必需營養(yǎng)元素鐵驅動的豆科植物結瘤分子遺傳基礎，不僅為提高大豆等豆科作物在鹽堿環(huán)境下的結瘤與共生固氮效率，提升作物產(chǎn)量品質提供了新思路，還為育種家培育“高效、高抗、高產(chǎn)、優(yōu)質"作物新品種提供新基因和新種質資源。

整個研究工作，進行了根系基礎觀測的大量工作，在不同處理條件下的根瘤觀測是重點。利用微根窗技術觀測大豆-根瘤菌共生結瘤的整個過程，是得出整體實驗結論的基礎。由于根瘤的體積較小，對根瘤的觀測需要分辨率更高的根系觀測儀器予以輔助。澳作生態(tài)的AZR根系觀測系列能夠高效地完成根瘤觀測相關的工作。

AZR-300 復合根系采用攝像頭微根窗技術和 360 度根系全景圖技術，結合所提供根系分析軟件，能夠將根系相關數(shù)據(jù)定量化，包括根的長度、面積、根尖數(shù)量、直徑分布格局、死亡根及存活根數(shù)量等，可以原位非破壞性獲取不同時間和深度的根系分布或土壤剖面圖像數(shù)據(jù)，廣泛運用于植物生理生態(tài)、生長模型、根系形 態(tài)分析、土壤結構演變、昆蟲行為生態(tài)等研究領域。

根毛拍攝實測圖片展示：