生物固氮是豆科植物特有的低能耗、无污染的氮素供应形式,充分挖掘豆科植物的生物固氮机制,提高结瘤和固氮效率,对于降低农业投入,维持绿色环保降低污染,促进农业可持续发展具有重要的意义。根瘤的形成是共生固氮体系建立的前提,它的发生、发育及成熟的过程涉及到植物根系和微生物建立多种多样的共生关系,其中植物激素整合了外界环境信号和根瘤发育的内源信号,对根瘤的发生和形成发挥了关键的作用。合理的利用激素有望实现根瘤数目和固氮的精准控制。本课题的研究表明,大豆中的生长素极性运输GmPIN1蛋白负责极性运输生长素从根至根瘤原基发生处,控制根瘤起始阶段的生长素浓度梯度建立,参与大豆根瘤的发生。把控根瘤菌附着的黄酮类化合物促进GmPIN1的侧向化分布,控制根瘤原基细胞分裂的细胞分裂素刺激GmPIN1的亚细胞极性发生侧向化。此外,大豆特异进化的GmPIN9d蛋白与GmPIN1协调控制根瘤发育后期生长素在根-根瘤维管束交界区域的极性流动,参与大豆根瘤后期的膨大。因而,我们获得了GmPIN1和GmPIN9d分别控制根瘤早期发生和后期发育的生长素调控模型（Gao et al., Plant Cell）。基于以上生长素调控大豆根瘤发生的研究基础之上,我们进一步聚焦于如何在农业种植过程中高效利用"生长素控瘤"的机制。我们发现大豆地上部分在响应GmUVR8受体介导的紫外光信号后,地下部分的根瘤数量显著增加1.5倍以上。此紫外光刺激大豆超结瘤的现象依赖于GmUVR8受体精准控制叶片中的的黄酮合成以及叶-根的黄酮运输。紫外光-黄酮信号传递到根部后,由生长素运输途径响应并精细调节根瘤的发生和数量（Ke et al., submitted）。根据以上两方面的发现,我们将地上部分的光信号和地下部分的生长素运输途径有效的结合,并为结瘤固氮高效的大豆种植和分子育种提供明确的理论指导。