豆科植物可与根瘤菌共生形成根瘤，将大气中的氮气（N₂）转化为植物可直接利用的氨态氮，是自然界高效绿色的氮素利用途径，也是减少化学氮肥施用、推动农业可持续发展的关键突破口。根瘤的有序发育是根瘤菌与豆科宿主植物实现互利共生的核心生物学过程。生长素作为经典植物激素，参与根瘤的发生和器官建立。部分根瘤菌可合成高浓度生长素，但这种微生物源信号如何被宿主感知并协调结瘤固氮，其分子机制此前未得到明确解析。
2026年4月7日，bat365正版唯一官网海峡联合研究院代谢组学研究中心陈栩教授团队在国际著名学术期刊The Plant Cell《植物细胞》在线发表研究论文Rhizobial auxin activates transcription factors to orchestrate YUC2-dependent auxin biosynthesis for soybean nodule development（根瘤菌源生长素激活转录因子调控YUC2依赖的生长素合成介导大豆根瘤发育），揭示了一条不依赖于传统结瘤因子的新途径，阐明根瘤菌产生的生长素可直接激活宿主大豆的生长素合成响应，在根瘤发生、根瘤菌定殖和根瘤成熟固氮三个阶段精准调控共生的分子机制。
研究团队发现不同根瘤菌属存在差异百倍的生长素分泌能力，其中Bradyrhizobium elkanii相对于Bradyrhizobium diazoefficiens的生长素合成浓度升高200-1000倍。通过基因工程改造根瘤菌株的生长素合成途径，突变后的高生长素型根瘤菌显著促进大豆根瘤密度、提升总固氮酶活性，但单个根瘤体积减小、单位根瘤固氮酶活性下降。该结果明确了根瘤菌源生长素对根瘤发育的时空特异性调控特征。
研究表明，根瘤菌源生长素可直接激活植物体内YUC2介导的生长素合成途径，进而调控根瘤在各发育时期的进程。为明确该调控机制的空间特异性，研究构建了不同细胞层面启动子驱动的生长素特异性表达体系。结果显示：当YUC2在皮层细胞特异高表达时，根瘤原基密度显著升高；然而，高水平生长素同时抑制了根瘤原基中根瘤菌的定殖，导致根瘤无法正常膨大和固氮。相反，基因编辑获得的YUC2a/b双突变体（yuc2ab）则表现出根瘤数量减少的表型，且对根瘤菌源生长素诱导的根瘤密度增加不敏感。综上，皮层细胞是根瘤菌源生长素信号的核心响应位点，其通过高浓度生长素促进根瘤发生，但过量生长素又会抑制根瘤菌定殖，从而揭示了生长素信号在根瘤发育中的空间特异性调控机制。
通过酵母单杂交筛选和共表达网络分析，研究发现NF-YA9、LBD41、NIN1a三类转录因子协同构成具有时空特异性的调控模块，精准调控生长素合成基因YUC2a的表达：①NF-YA9：在根瘤原基早期激活YUC2a表达，启动原基形成；②LBD41：在根瘤菌定殖阶段抑制YUC2a表达，为根瘤菌定殖创造条件；③NIN1a：在根瘤成熟期特异性激活YUC2a，保障菌区形成。三类转录因子均受根瘤菌源生长素调控，形成“先促后抑再扬”的时空振荡模式，通过生长素梯度变化精准调控根瘤原基起始、根瘤菌定殖和根瘤成熟三大关键阶段，保障根瘤有序高效发育。
该研究创新性地发现根瘤菌可通过分泌生长素激活宿主局部生长素合成，建立了不依赖经典Nod因子的结瘤启动新途径；首次阐明根瘤菌源生长素依赖YUC2a介导的生长素合成调控大豆根瘤发育的分子机制；揭示了根瘤发育过程中生长素浓度“先促后抑再扬”的时空振荡模式是根瘤有序高效发育的核心保障。研究为解析植物与微生物共生的分子调控网络提供全新视角与理论依据，更为培育高效固氮豆科作物、降低化学氮肥施用强度、推动绿色低碳农业发展奠定重要理论基础。
《The Plant Cell》杂志同期发表In Brief评述，重点介绍该文，并指出该研究提供有力的遗传证据，为工程化菌株的塑造以及更高效的固氮作物改良提供了蓝图，有可能减少全球农业对合成肥料的依赖。
bat365正版唯一官网生命科学学院博士后陈超凡、已毕业硕士研究生吴胜伟为该文章第一作者，bat365正版唯一官网陈栩教授为该文章通讯作者。东北农业大学辛大伟教授参与了合作研究。bat365正版唯一官网廖红教授、钟永嘉教授，中国科学院南京土壤研究所陈志长研究员，中国农业大学田长富教授，中国科学院分子植物科学卓越创新中心谢芳研究员提供了宝贵的实验材料。该研究得到了国家自然科学基金区域创新联合基金重点项目（U24A20381）、国家重点研发计划（2022YFA0912100）、农林生物安全全国重点实验室联合攻关项目（SKLJRP2505）、植物保护一流培优学科群经费（133-725025010B）、中国博士后科学基金会博士后资助项目（GZC20230447）、国家自然科学基金（32300277）和福建省自然科学基金（2023J01482）的资助。
