根瘤共生固氮是豆科植物通过与根瘤菌互作而实现互利共生的产物，能够为豆科植物的生长和发育提供重要的氮源。大豆是豆科植物中最重要的经济作物，共生固氮的效率直接影响宿主大豆的生长、产量和大豆品质，但对大豆结瘤共生固氮作用的机制还知之甚少。本研究以本实验室早期鉴定的一个在大豆结瘤过程发挥重要作用的microRNA172c(miR172c)及其靶基因Nodule Number Control1（GmNNC1）作为切入点，对miR172c及其靶基因GmNNC1参与调控结瘤的分机制进行了深入的探讨。　　通过对大豆miR172c整个家族的12个成员进行表达谱分析，确定了miR172c在结瘤过程中的特异性;通过对过表达miR172c的毛状根中的根毛观测发现miR172c主要通过促进根毛变形来调控根瘤的发生;进一步通过STTM技术降低内源miR172的表达量会显著的抑制结瘤的发生。过表达miR172c的主要靶基因GmNNC1没有明显的结瘤表型，而过表达GmNNC m6（6个在miR172识别位点突变的GmNNC1）显著较少结瘤数目，说明GmNNC1受到miR172c的调控负向调控结瘤的过程。进一步的表达检测以及体内和体外的生化实验结果表明，在没有根瘤菌时，GmNNC1通过结合早期结瘤基因GmENOD40(Early nodulin40)的启动子并抑制其转录，进而阻止结瘤的起始;当大豆根系受到根瘤菌侵染时，miR172c的表达被诱导，从而通过负向调控GmNNC1来解除GmNNC1对GmENOD40基因的转录抑制，进而启动结瘤的过程。因此，研究首次明确了miR172c及其靶基因调控大豆结瘤的分子机制。　　此外，还发现miR172c在根瘤菌侵染3-5天及根瘤发育期的表达水平还受到结瘤自调控通路(AON)的负向调控。AON关键调控因子Nodule Autoregulation Receptor Kinase(NARK)功能缺失突变体nts1116中miR172c的转录水平明显增多;而在nts1116中过表达或者敲除miR172c分别能加重和减轻该突变体超结瘤的表型。由于NARK在地上部分发挥作用，很可能大豆通过一个长距离的反馈过程负向调控miR172c表达的阈值来精密的调控大豆的根瘤数量。　　AON是由根瘤菌侵染植物根后诱导产生的CLE信号肽运输到地上跟NARK结合后启动的。表达检测发现miR172c除了激活GmENOD40外，还能激活大豆GmRIC1和GmRIC2的表达。进一步的遗传学和生化分析结果表明miR172-GmNNC1模块是GmRIC1/ GmRIC2的上游调节子，而且GmNNC1可以直接结合在GmRIC1和GmRIC2的启动子上抑制它们的转录及AON。　　本研究还克隆了百脉根Nodule Inception(NIN)基因在大豆中的同源基因GmNINa，并证明了GmNINa和NIN一样通过转录激活下游的靶基因发挥作用，调控大豆结瘤，并能直接激活GmRIC1/ GmRIC2启动AON信号通路。值得一提的是，进一步的凝胶阻滞和烟草共转化的实验表明，GmNNC1还竞争的结合GmRIC1/GmRIC2启动子上GmNINa的结合元件，抑制GmRIC1/ GmRIC2的表达，从而关闭AON通路，消减对根瘤数量的抑制作用。除了发现miR172c的靶基因和GmNINa在调控AON启动的相反作用外，本研究还发现转录因子GmNINa可直接激活下游基因miR172c的转录。进一步的遗传学证据明确了GmNINa在miR172-GmNNC1模块的上游调控大豆早期结瘤和AON-介导的负反馈并最终调节根瘤数量。　　上述研究结果表明，大豆miR172-GmNNC1模块是调控大豆共生结瘤关键组分。在侵染阶段，它们传递由GmNINa转导的结瘤信号，激活miR172c，去除GmNNC1对早期结瘤基因GmENOD40的转录抑制，促进结瘤的发生;在根瘤原基发生阶段，GmNINa一方面激活miR172c去除GmNNC1对GmRIC1和GmRIC2的抑制，另一方面GmNINa也直接转录激活GmRIC1和GmRIC2，从而开启AON。而AON反过来又通过反馈负调控GmNINa减少其对GmRIC1和GmRIC2的激活作用，还通过直接降低miR172c的表达，提高GmNNC1的量及与GmNINa的竞争，使AON信号途径消减。这些结果阐明了miR172-GmNNC1精细调控大豆结瘤的数目以实现根瘤菌和大豆互利共生的分子机制。