Hormone modulation of legume‐rhizobial symbiosis

Abstract

Leguminous plants can establish symbiotic associations with diazotropic rhizobia to form nitrogen-fixating nodules, which are classified as determinate or indeterminate based on the persistence of nodule meristem. The formation of nitrogen-fixing nodules requires coordinating rhizobial infection and root nodule organogenesis. The formation of an infection thread and the extent of nodule formation are largely under plant control, but vary with environmental conditions and the physiological state of the host plants. Many achievements in these two areas have been made in recent decades. Phytohormone signaling pathways have gradually emerged as important regulators of root nodule symbiosis. Cytokinin, strigolactones (SLs) and local accumulation of auxin can promote nodule development. Ethylene, jasmonic acid (JA), abscisic acid (ABA) and gibberellic acid (GA) all negatively regulate infection thread formation and nodule development. However, salicylic acid (SA) and brassinosteroids (BRs) have different effects on the formation of these two nodule types. Some peptide hormones are also involved in nodulation. This review summarizes recent findings on the roles of these plant hormones in legume-rhizobial symbiosis, and we propose that DELLA proteins may function as a node to integrate plant hormones to regulate nodulation.

Celebrating 20 Years of Genetic Discoveries in Legume Nodulation and Symbiotic Nitrogen Fixation

“…Several hormone signaling pathways crosstalk with Nod factor signaling to control nodulation and SNF at various stages (López-Ráez et al, 2017;Liu et al, 2018). LjCCD7 (CAROTENOID CLEAVAGE DIOXYGENASE7), encoding an enzyme required for strigolactone biosynthesis, and MtBRI1 (BRASSINOSTEROID INSENSITIVE1), encoding an LRR-RLK that perceives the brassinosteroid hormone brassinolide, both act early during nodulation (Liu et al, 2013;Cheng et al, 2017).…”

The Brassicaceae‐specific secreted peptides, STMPs, function in plant growth and pathogen defense

“…Cell‐to‐cell signaling occurs through the plasmodesmata or via ligand‐receptor interactions, which transmit extracellular signaling molecules such as hormones and peptides (Vie et al ; Claus et al ; Wei and Li ). To date, most studies on cell‐to‐cell signaling have focused on phytohormones, but during the past decade, the importance of small peptides in plant defense responses and signal transduction has become an increasing focus of study (Vanneste and Friml ; Steinbrecher et al ; Liu et al ; Xu et al ). Peptides are small molecules that can be distinguished from proteins merely based on the number of amino acid (aa) residues present (Murphy et al ).…”

Phytohormonal regulation of legume-rhizobium symbiosis

“…Як відомо, фітогормони можуть здійснювати позитивну й негативну регуляцію процесів росту і розвитку рослин. Цитокініни (ЦК), ауксини, гібереліни (ГК) та стриголактони позитивно впливають на органогенез і розвиток кореневих бульбочок [5,23,38,39].…”

“…Ризобії зазвичай виділяють біологічно активні ЦК, але їх недостатньо для компенсації дефіциту NFs [40,43]. Застосування екзогенних цитокінінів імітує деякі морфогенетичні ефекти Nod-факторів, зокрема транскрипційну активацію ранніх нодулінів (ENOD12, ENOD40), акумулювання аміло-пластів, утворення псевдобульбочкових структур на коренях як бобових, так і небобових рослин, [38,40,42,44,45]. У результаті скринінгу молекулярних маркерів у M. sativa встановлено, що ЦК координують сім генів нодуляції, чотири з яких також запускаються ауксинами, що свідчить про часткове перекривання цитокінін-та ауксинрегульованих шляхів процесу бульбочкоутворення [44].…”

“…При цьому суперекспресувальні гени GmTIR1/GmAFB3 ауксинового рецептора в сої значно збільшили осередки інфікування з подальшою можливістю зростання кількості кореневих бульбочок [71]. Отже, доведено, що шлях ауксинового сигналінгу необхідний як для утворення інфекційних ниток, так і для розвитку бульбочок [38].…”