图(1a) miR390过表达根系在共生和非共生条件下的转录组分析实验设计
图2MtLBD17/29a是miR390/TAS3/ARFs模块的靶标。(a) 不同转录因子家族成员在根瘤菌接种与水处理后的表达热图；(b)MtLBD17/29a在EV、OX390、GUSRNAi和ARF2/3/4RNAi转基因根中的表达水平 (c)MtLBD17/29a启动子区域的生长素响应元件ARE分布；(d) ChIP-qPCR分析MtARF2与MtLBD17/29a启动子的结合情况。
2.MtLBD17/29a在根发育中的功能
MtARF2、MtARF3和MtARF4主要调节根系结构发育，而MtLBD17/29a又是MtARF2的直接靶标，暗示MtLBD17/29a也可能参与调控根系形态建成。研究人员通过构建GFP-GUS融合报告基因，发现MtLBD17/29a主要表达在主根和侧根的分生组织以及转动后形成的侧根原基中，这些表达区域与根系的发育紧密相关（图4）。进一步的敲低实验显示，MtLBD17/29a的表达降低会导致主根和侧根长度的减少，同时伴随着侧根密度的增加，过表达则有相反的表型（图5）。
图4：MtLBD17/29a在主根和侧根中的表达分析，使用pMtLBD17/29a:GFP-GUS报告基因构建体转化的主根和侧根中GFP和GUS的表达。ELR：新兴侧根区；LR：侧根；LRP：幼苗转动135°以诱导侧根形成后48小时形成的侧根原基；PR：主根。
图5：MtLBD17/29a的敲低和过表达对根系结构的影响
3.MtLBD17/29a在根瘤共生中的作用
影响固氮的另一重要因素是根瘤的形成，根瘤菌和豆科植物之间共生相互作用的建立涉及Nod因子信号通路，而MtNIN作为一个在根瘤共生过程中发挥核心作用的关键转录因子，对根瘤的形成和发育至关重要。研究结果表明MtLBD17/29a响应根瘤菌的诱导是依赖于MtNIN，在功能丧失的nin突变体中MtLBD17/29a不再响应Nod 因子处理（图6a）。此外，无论是敲低还是过表达MtLBD17/29a都显著影响了根瘤的形成和根瘤菌的感染过程（图7），表明MtLBD17/29a直接参与调控根瘤共生。
图 6 (a) 展示了在野生型和不同突变体背景下，经Nod因子处理后MtLBD17/29a的表达水平变化。
图7MtLBD17/29a的敲低和过表达对根瘤形成和根瘤菌感染的影响。
结论
本研究通过转录组分析和分子生物学实验，揭示了苜蓿中LBD家族转录因子MtLBD17/29a在调控侧根形成和根瘤共生过程中的关键作用。研究发现MtLBD17/29a受到miR390/TAS3/ARFs模块的调控，并且是MtARF2的直接靶标。MtLBD17/29a的敲低会减少主根和侧根的长度并增加侧根密度，同时会影响根瘤菌感染过程，减少结瘤数目。结合先前已有的研究，研究人员提出了一个新的模型，描述了miR390/TAS3/ARFs、MtLBD17/29a和Nod因子信号通路在调控根发育和共生结瘤形成中的相互作用。为提高豆科植物固氮效率提供了新的策略。
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