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中国农业科学|信阳师范大学生命科学学院柯丹霞:GmBI-1互作蛋白的筛选及GmNod44在大豆结瘤固氮过程中的功能

2026-10-21 02:26:08

大豆能够与根瘤菌建立共生关系，在根部形成具有固氮功能的根瘤，从而自主获取氮素营养。根瘤的形成依赖于根表皮根瘤菌侵染与根皮层细胞分裂的精密协同，是一个多细胞参与、多发育阶段调控的生物学过程。因此，深入解析大豆与根瘤菌共生固氮的分子机制，对于系统挖掘大豆固氮潜力、推动农业绿色转型具有重要的理论与战略意义。

近期，信阳师范大学生命科学学院柯丹霞完成的题为“GmBI-1互作蛋白的筛选及GmNod44在大豆结瘤固氮过程中的功能”的研究在《中国农业科学》2026年第59卷11期正式发表。

该研究采用酵母双杂交技术，筛选大豆根和根瘤AD-cDNA文库，从文库中分离鉴定GmBI-1潜在的互作蛋白，对互作蛋白进行注释及功能预测，并对其组织表达进行分析。以其中一个文库蛋白GmNod44为研究目标，对其进行生物信息学分析；进一步利用酵母双杂交（Y2H）和烟草体内萤火虫荧光素酶互补技术（LCI）验证二者的相互作用，并在拟南芥原生质体中观察GmBI-1蛋白与GmNod44蛋白的共定位情况。此外，利用发根农杆菌介导的大豆毛根转化技术过表达GmNod44，探究该基因在大豆结瘤固氮中的生物学功能。

结果显示，利用酵母双杂交文库筛选到18个GmBI-1潜在的互作蛋白，包括晚期结瘤素、豆血红蛋白、丝/苏氨酸蛋白激酶、半胱氨酸氧化酶、胞苷三磷酸合成酶、泛素结合酶等与免疫、蛋白质翻译后修饰相关的蛋白。

基因组织表达分析表明，有6个基因在根中表达水平较高，有4个基因在根瘤中表达水平较高，其中，GmNod44在根瘤中特异性高表达。系统进化分析表明，大豆GmNod44与野生大豆GsNod22同源性最高。

GmNod44与GmBI-1在酵母和烟草体内均能够发生互相作用，共定位于拟南芥原生质体的内质网。GmNod44过表达后，复合体大豆毛状根的结瘤数目显著增加，互作基因GmBI-1及3个结瘤标志基因Apyrase GS52、Calmodulin和Lb1的表达水平显著上调。根瘤中的固氮酶和ROS清除酶活性明显升高，而半胱氨酸蛋白酶活性显著降低。以上结果表明，过表达GmNod44能够促进大豆结瘤，提高根瘤的固氮能力并延缓根瘤衰老。

综上，晚期结瘤素GmNod44能够与细胞凋亡抑制因子GmBI-1互作，正调控大豆结瘤固氮过程。

信阳师范大学生命科学学院柯丹霞为该文第一作者。

该研究获得国家自然科学基金（U1904102）、河南省自然科学基金（252300423087）、信阳师范大学“南湖学者奖励计划”青年项目的资助。

全文链接：

《 GmBI-1互作蛋白的筛选及GmNod44在大豆结瘤固氮过程中的功能》

柯丹霞, 侯仕博, 周兆源, 林佳诺, 宋晓莉, 张可馨. GmBI-1互作蛋白的筛选及GmNod44在大豆结瘤固氮过程中的功能[J]. 中国农业科学, 2026, 59(11): 2314-2324.

KE DanXia, HOU ShiBo, ZHOU ZhaoYuan, LIN JiaNuo, SONG XiaoLi, ZHANG KeXin. Screening of GmBI-1 Interacting Proteins and Functional Analysis of GmNod44 in Soybean Nodulation and Nitrogen Fixation[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2026, 59(11): 2314-2324.

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