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储成才研究组应邀在New Phytologist杂志撰写Tansley Insight阐述植物氮磷互作机制

  氮和磷是植物體內最豐富的兩種礦質營養元素,也是促進作物産量提高的主要肥料成分。氮磷的協調利用是維持植物最佳生長和實現作物最大産量的關鍵。長期以來,人們對氮磷信號通路的解析大多分開進行,從而導致對氮磷互作機制的理解非常有限。 

 

  中國科學院遗传与发育生物学研究所储成才研究组胡斌副研究员的前期研究发现,水稻中硝酸盐感应器NRT1.1B的一個自然變異導致水稻籼粳亞種間氮利用效率差異(Hu et al., Nature Genetics, 2015)。進一步研究發現,細胞膜定位的NRT1.1B可以與細胞質定位的磷信號通路中關鍵抑制蛋白(磷感應器)SPX4蛋白互作,且硝酸鹽可增強兩者互作,並通過NRT1.1B互作蛋白NBIPE3泛素連接酶)促進SPX4蛋白發生降解。SPX4不僅可以通過和調控磷信號核心轉錄因子PHR2互作阻止其進入細胞核,也可與硝酸鹽信號核心轉錄因子NLP3互作阻止其進入細胞核。而NRT1.1B介導的SPX4降解使PHR2NLP3得以釋放,進而雙雙進入細胞核。因此,硝酸鹽信號可通過NRT1.1B-SPX4實現對硝酸鹽應答基因和磷饑餓應答基因的協同激活,實現氮磷營養平衡(Hu et al., Nature Plants, 2019)。這一研究成果不僅填補了硝酸鹽信號從細胞膜受體NRT1.1B到細胞核響應硝酸鹽信號傳導通路中的空白,而且也闡明了氮磷協同利用實現植物營養平衡的分子機制,對植物營養研究具有重要意義。 

 

  鑒于研究組在氮磷信號研究領域的系統工作,課題組應New Phytologist雜志邀請撰寫觀點(Tansley Insight)文章,該文于2019810日在線發表(DOI:10.1111/nph.16102)。文章結合N-P互作相關領域的最新研究進展,提出了不同氮磷條件下植物細胞整合N-P互作調控的可能機制(圖),爲繪制植物中N-P互作調控網絡全貌提出了自己的觀點。 

 

  Tansley review Tansley Insight 是爲紀念New Phytologist創刊人Arthur Tansley教授而設立的。 

 

  : 植物在不同氮磷營養條件下的氮磷互作調控網絡 

  ab)在低硝酸鹽條件下,無論磷酸鹽利用率高低(LNHPLNLP),SPX蛋白都在細胞質中高度積累,PHRNLP滯留在細胞質中,抑制磷饑餓應答基因和硝酸鹽應答基因的表達。(c)在高硝酸鹽和高磷酸鹽條件下,SPX蛋白部分被NRT1.1-NBIP1介導26S蛋白酶複合體降解,PHRNLP蛋白得以釋放,從細胞質穿梭至細胞核激活磷饑餓應答基因和硝酸鹽應答基因的表達。在NLPPHR轉錄因子的控制下,NIGT1進一步調控了磷饑餓應答基因和硝酸鹽應答基因的表達。(d)在高硝酸鹽和低磷酸鹽條件下,NRT1.1-NBIP1SDELS均能介導SPX蛋白降解,導致細胞質中SPX蛋白積累量極低,且PHRNLP胞核穿梭率高,從而強烈激活磷饑餓應答基因和硝酸鹽誘導基因的表達。PHRNLP可誘導NIGT1的表達,進一步調控磷饑餓應答基因和硝酸鹽反應基因的表達。藍色、黑色和深紅色條分別代表蛋白質降解、胞質核穿梭抑制和轉錄抑制。黑色箭頭代表轉錄激活。線條寬度代表調節強度。