The final phase in root nodule development is nodule senescence. The mechanism underlying the initiation of nodule senescence requires further elucidation. Here, we investigated the intrinsic signals governing soybean (Glycine max L. Merr.) nodule senescence, uncovering ethylene as a key signal in this intricate mechanism. Two AP2/ERF transcription factor genes, GmENS1 and GmENS2 (Ethylene-responsive transcription factors required for Nodule Senescence), exhibit heightened expression levels in both aged nodules and nodules treated with ethylene. Overexpression of either GmENS1 or GmENS2 accelerated senescence in soybean nodules, whereas the knockout or knockdown of both genes delayed senescence and enhanced nitrogenase activity. Furthermore, our findings indicated that GmENS1 and GmENS2 directly bind to the promoters of GmNAC039, GmNAC018, and GmNAC030, encoding three NAC transcription factors essential for activating soybean nodule senescence. Notably, the nodule senescence process mediated by GmENS1 or GmENS2 overexpression was suppressed in the soybean nac039/018/030 triple mutant compared with the wild-type control. These data indicate GmENS1 and GmENS2 as pivotal transcription factors mediating ethylene-induced nodule senescence through the direct activation of GmNAC039/GmNAC018/GmNAC030 expression in soybean.

中文翻译：

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大豆乙烯反应因子 GmENS1 和 GmENS2 促进根瘤衰老


根瘤发育的最后阶段是根瘤衰老。结节衰老开始的机制需要进一步阐明。在这里，我们研究了控制大豆 （Glycine max L. Merr.） 根瘤衰老的内在信号，揭示了乙烯是这种复杂机制中的关键信号。两个 AP2/ERF 转录因子基因 GmENS1 和 GmENS2 （根瘤衰老所需的乙烯反应性转录因子） 在老化的根瘤和乙烯处理的根瘤中均表现出较高的表达水平。GmENS1 或 GmENS2 的过表达加速了大豆根瘤的衰老，而这两个基因的敲除或敲低都延迟了衰老并增强了固氮酶活性。此外，我们的研究结果表明，GmENS1 和 GmENS2 直接与 GmNAC039、GmNAC018 和 GmNAC030 的启动子结合，编码激活大豆根瘤衰老所必需的三种 NAC 转录因子。值得注意的是，与野生型对照相比，大豆 nac039/018/030 三重突变体中 GmENS1 或 GmENS2 过表达介导的根瘤衰老过程受到抑制。这些数据表明 GmENS1 和 GmENS2 是通过直接激活大豆中 GmNAC039/GmNAC018/GmNAC030 表达介导乙烯诱导的根瘤衰老的关键转录因子。