中国农业大学张静教授团队发现氮素调节植物根系适应性生长的重要分子机制

以下文章来源于AraShare ，作者AraShare

氮（Nitrogen）是限制植物生长和形成产量所必需的最重要营养元素之一。硝态氮（NO3−）是陆地植物从土壤吸收的主要形式氮源，同时作为信号分子诱导一系列生理和发育响应。通常情况下，环境中的NO3−可利用率在时间和空间上均会出现较大波动。植物也相应进化出内源机制来响应不同程度的NO3−并改变自身根系结构，实现氮营养胁迫下的适应性生长。然而，植物根系这种适应性发育的潜在分子机制仍有待研究。

2022年12月5日，Developmental Cell在线发表了中国农业大学张静教授团队题为“Nitrate availability controls translocation of the transcription factor NAC075 for cell-type-specific reprogramming of root growth”的研究论文，揭示了CIPK1-NAC075 复合物以NAC075重定位为基础，通过直接调控WRKY53的表达来改变不同NO3−可利用性环境下的根系结构。

为探索NO3−介导根系生长的调控机制，本研究对low-nitrate-resistant mutant(lonr)突变体株系进行了筛选，并鉴定到NAC转录因子NAC075缺陷的lonr1突变体，其主根生长对低水平NO3−的敏感性降低（图1）。表达模式分析显示，NAC075是基于NO3-可利用性能够从根中柱组织转运到内皮层的可移动转录因子。在可利用低NO3-条件下，激酶蛋白CIPK（CBL-interacting protein kinase 1）被激活，通过磷酸化作用限制NAC075从中柱组织的转运（图2），进而转录调控下游靶基因WRKY53的表达，并最终调节根系结构的适应性生长发育。因此，该研究鉴定出基于营养可利用性的转录因子移位是如何影响植物根系生长的细胞特异性重编程的重要适应性机制。

图1. lonr1突变体的主根生长降低了对低NO3−的敏感性

图2. CIPK1介导的磷酸化对于NAC075的移位和功能是必需的

图3. 拟南芥根系响应NO3−可利用率变化的适应性生长模型。NO3−可利用率调控NAC075 移位，以作用于根生长相关的细胞类型特异性重编程。Ste, stele中柱; End, endodermis内皮层; Cor, cortex皮层; Epi, epidermis表皮。

奥地利科学技术研究所Jiří Friml教授，中国农业大学巩志忠教授、郭岩教授、王毅教授、李溱教授，南京农业大学宣伟教授等也参与了该项研究。相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2022.11.006

本文转载自AraShare

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！