近日，我校农学院智慧农场技术与系统全国重点实验室陈庆山教授团队辛大伟、王锦辉课题组在植物顶级期刊《Plant Communications》（影响因子11.6）上发表题为“The soybean GTPase RAC1 interacts with the rhizobial effector NopC to promote root nodulation and increase yield”的研究论文。该研究揭示了广宿主根瘤菌Sinorhizobium frediiHH103的III型效应因子NopC通过与GmRAC1互作影响共生信号传递，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。
研究团队以广宿主型大豆根瘤菌Sinorhizobium fredii HH103为研究对象，聚焦其III型分泌系统效应蛋白NopC的共生功能。研究发现，NopC通过与大豆ROP/RAC家族GTP酶GmRAC1直接互作，激活关键共生基因GmNIN2a/2b与GmENOD40的表达，从而促进根瘤菌侵染、侵染线延伸与根瘤原基形成。进一步研究发现，GmRAC1启动子区域的自然变异显著影响其表达水平及与NopC协同促进共生的效率，其中高表达单倍型在育种过程中已被人工选择保留。尤为重要的是，该研究从“基础机制—自然变异—育种应用”全链条阐释了GmRAC1的生物学价值与育种潜力：过量表达GmRAC1或利用其优良单倍型，不仅能显著提高结瘤效率，还可协同增加植株株高、百粒重及单产，展现出一因多效的农艺性状调控功能。这为通过分子设计育种定向提升大豆共生固氮能力、减少氮肥依赖、实现绿色增产提供了新思路与新工具。
该研究由东北农业大学农学院辛大伟、王锦辉课题组主导完成，王锦辉副教授、辛大伟教授、陈庆山教授、武小霞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、副教授杨明亮以及博士生董旭伦为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。
通讯作者介绍：
王锦辉，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、省优秀青年基金1项、中国博士后基金1项、省优秀青年教师基础研究支持计划项目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、Plant Communications、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20篇。授权发明专利4项；参与审定大豆品种2个。
辛大伟，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。持国家自然科学基金面上项目、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奖二等奖1项（2015）、荣获黑龙江省科学技术奖三等奖1项（2021）。
陈庆山，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，2022级博士研究生在读，入选首届中国科协博士生青年托举项目，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、Plant 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7篇，授权发明专利2项。
原文链接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(26)00060-X
（供稿/农学院）
