PPB | 新疆农业大学倪志勇团队揭示gma-miR164a/GmNAC115模块调控大豆抗旱和耐盐性的分子机制

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2025年6月28日，新疆农业大学倪志勇教授团队在Plant Physiology and Biochemistry在线发表了题为“The gma-miR164a/GmNAC115 module participates in the adaptation of soybean to drought and salt stress by influencing reactive oxygen species scavenging”的研究论文。

该研究揭示了gma-miR164a/GmNAC115模块通过调控活性氧清除系统，显著提升大豆对干旱和盐胁迫的适应能力，为抗逆作物遗传改良提供了新的理论依据和基因资源。

大豆（Glycine max）是重要的粮食与经济作物，但其生长易受干旱和盐碱等非生物胁迫影响，导致产量下降。植物在应对环境胁迫时，会积累大量活性氧（ROS），若不能及时清除，将引发氧化损伤。microRNAs（miRNAs）与转录因子（TFs）形成的调控模块在植物抗逆反应中发挥重要作用。其中，miR164家族广泛参与植物发育与胁迫响应，但其在大豆抗旱耐盐中的具体机制尚不清楚。本研究聚焦gma-miR164a及其靶基因GmNAC115，系统解析其在大豆抗逆调控网络中的功能与分子机制。

Figure 1 Ectopic expression of GmNAC115m5 increased the stress resilience of soybean composite plants to salt and drought stress, whereas ectopic expression of gmamiR164a decreased the stress resilience of plants to salt and drought stress.

研究人员首先发现，gma-miR164a在大豆根中高表达，但在PEG（模拟干旱）、NaCl和ABA处理下其表达显著下调，表明其参与胁迫响应。进一步研究表明，gma-miR164a负调控大豆抗旱耐盐能力：过表达该miRNA的转基因拟南芥种子在盐和甘露醇胁迫下萌发率更低，根系生长受抑制更明显，且对ABA不敏感，表现出更高的胁迫敏感性。

Figure 2 DNA affinity purification sequencing identified genome-wide downstream target genes of GmNAC115.

相反，其靶基因GmNAC115编码一个NAC转录因子，被证实为正向调控因子。GmNAC115在胁迫下表达上调，过表达该基因显著增强拟南芥和大豆毛状根的耐旱耐盐能力。DNA亲和纯化测序（DAP-seq）结合酵母单杂、EMSA和双荧光素酶实验，鉴定出GmNAC115直接结合并激活下游基因GmWRKY21、GmAPX6（抗坏血酸过氧化物酶）和GmPOD25（过氧化物酶）的启动子。

Figure 3 The GmWRKY21 transcription factor positively regulates the expression of GmAPX6 and GmPOD25 by binding W-box cis-acting elements.

更重要的是，GmWRKY21也能结合GmAPX6和GmPOD25启动子中的W-box元件，进一步放大抗氧化防御信号。功能验证显示，过表达这三个基因均能减少ROS积累、提高抗氧化酶活性，并显著增强大豆毛状根的抗逆性。

Schematic diagram of the possible mechanisms underlying the response of the gma-miR164a/GmNAC115 module to drought and salt stress

研究阐明了gma-miR164a/GmNAC115模块通过级联调控GmWRKY21-GmAPX6/GmPOD25通路，增强活性氧清除能力，从而提升大豆对干旱和盐胁迫的适应性。该模块不仅响应ABA信号，还通过直接调控抗氧化酶基因表达，构建了一个高效的抗逆调控网络。这一发现为大豆抗逆遗传改良提供了关键候选基因，具有重要的理论与应用价值。

新疆农业大学农学院已毕业博士生万会娜为论文的第一作者，生命科学学院倪志勇教授和农学院于月华教授为论文的通讯作者，生命科学学院王怡副教授参与了部分研究。该研究得到了国家自然科学基金、天山英才培养计划和新疆维吾尔自治区自然科学基金的资助。

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