New Phytol | 山东农业大学王勇教授课题组揭示拟南芥eIF4E1在翻译和转录水平调节NRT1.1介导的硝酸盐信号转导

氮（N）是植物生长必需的重要营养元素之一，氮的供应对植物的生长发育、产量和品质有着极为显著的影响。氮肥被广泛应用于农业生产中，但由于过低的氮素利用效率（NUE），多数氮肥未被植物完全吸收而在土壤中流失，造成严重的环境和生态污染，也增加了农业生产的成本。提高NUE以降低氮素投入的高产是解决这些问题的关键。然而，目前植物吸收和利用氮的机制在很大程度上仍然未知。因此，鉴定NUE的关键调节因子并解析氮素调控所涉及的潜在网络具有重要意义。

2023年7月10日，New Phytologist在线发表了山东农业大学生命科学学院/小麦育种全国重点实验室王勇教授团队题为“The Arabidopsis eIF4E1 regulates NRT1.1-mediated nitrate signaling at both translational and transcriptional levels”的研究论文，该研究发现eIF4E1在翻译和转录水平上调节硝酸盐信号转导并促进氮素利用效率的关键作用，为未来营养调控研究提供了新方向。

为鉴定参与硝酸盐信号转导调节的新基因，本研究建立了EMS诱变的拟南芥群体，并分离出一个对硝酸盐响应有缺陷的突变体Mut36。图位克隆分析结果表明，Mut36突变体表型是由At4g18040基因的第二个外显子上发生点突变（G to A）所致，该基因编码翻译起始因子eIF4E1。

进一步结果发现，eIF4E1调节硝酸盐信号转导和代谢。翻译组测序（Ribo-seq）和多聚核糖体图谱分析显示，eIF4E1参与调节并促进一些氮（N）相关mRNA的翻译，尤其是在eif4e1突变体中硝酸盐转运蛋白NRT1.1的mRNA明显降低。RNA-Seq结果也表明，eIF4E1能够调控一系列参与硝酸盐信号转导和代谢基因的表达。遗传分析证实，eIF4E1在硝酸盐信号转导途径中NRT1.1上游并调控其表达。此外，eIF4E1与剪接体组装因子GEMIN2互作，并且GEMIN2同样参与调节硝酸盐响应。功能研究结果表明，eIF4E1的过表达可显著促进植株生长，以及产量和NUE的提高。综上所述，eIF4E1通过在翻译和转录水平上调控NRT1.1来调节硝酸盐信号转导，为未来在翻译水平上研究矿物质营养的调节奠定了基础。

图1. RNA-Seq和遗传分析表明拟南芥eIF4E以NRT1.1依赖的方式调节硝酸盐信号转导

图2. eIF4E1促进拟南芥生长、产量和氮素利用率

王勇教授为本文通讯作者，课题组成员李娜为论文第一位作者，山东农业大学生命科学学院齐盛东副教授、湖南大学生物学院于峰教授和朱思睿副教授、聊城大学农学与农业工程学院讲师赵陆菲等参与了该项研究。相关工作得到了国家自然科学基金（31970270、31902100、32170277）、山东省自然科学基金（ZR2019PC046）和山东省高等学校科技计划项目（J18KA145）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.19129

转自：“植物生物学研究”微信公众号

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