土壤酸化是世界范围内限制农业生产的主要问题之一。当土壤pH值低于4.5时，可溶性的三价铝（Al）离子（Al3+）会释放到土壤中，对农作物的生产造成很大影响。导致我国土壤酸化程度加重的主要原因之一就是氮肥的过度使用（Guo et al., 2010）。硝态氮（NO3-）和铵态氮（NH4+）是土壤无机氮的主要形式，有研究表明不同形态的氮在植物耐铝性中起着不同的作用，而植物中氮和铝毒性之间的相互作用又因物种而异。截止目前，氮信号参与调控植物耐铝性的分子机制尚不是非常清楚。
近日，山东大学生命科学学院/植物发育与环境适应教育部重点实验室杨中宝教授课题组在Plant, Cell & Environment在线发表了题为“Nitrate improves aluminium resistance through SLAH-mediated citrate exudation from roots”的研究论文，揭示了NO3-在玉米和拟南芥中保守地改善铝胁迫耐受性的分子作用机制。
该研究发现，在玉米和拟南芥中，ZmNRT1.1A和AtNRT1.1介导的NO3-转运可保守增强二者对铝胁迫的耐受性。在玉米中，NO3-可提高ZmMYB81的转录表达，进而通过促进ZmSLAH2表达增加根系柠檬酸的外排，最终提高玉米对铝胁迫的耐受性；在拟南芥中，NO3-同样可以通过促进AtSLAH1的表达，进而增强根系柠檬酸的外排，提高其对铝胁迫的耐受性。NH4+则通过抑制根部的NO3−转运，进而抑制NO3−介导增强的铝抗性。该研究为理解NO3-介导的信号在植物抗铝中的关键作用提供了新的见解，并为酸性土壤中氮肥的合理施用提供了指导。
图1. 硝酸盐促进玉米和拟南芥抗铝能力的示意图
山东大学杨中宝教授为本文的通讯作者，博士后王朋和曹红瑞博士为论文的共同第一作者。山东农业大学生命科学学院王勇教授和广西大学农学院黎晓峰教授在研究中提供了主导性协助。吉林省农科院玉米研究所和临沂市农科院等单位的部分人员也为该研究提供了部分协助。该研究得到了山东省重点研发计划（公益类）、国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目的资助支持。
杨中宝教授课题组长期从事植物营养与逆境分子调控方面的研究，近年来在植物响应铝胁迫信号和分子调控方面取得了一系列进展，包括根尖过渡区生长素运输的局部调控在铝胁迫抑制根生长中的作用机制（Li et al., 2021）和钙调素类似蛋白CML24在调控铝胁迫耐性中的分子机制（Zhu et al., 2022）等方面。此外，还于本年度就植物对铝胁迫信号响应和分子调控方面的研究进展进行了系统性综述（Wang et al., 2023）。
参考文献：
1. Guo J , Liu X, Zhang Y, Shen L, Han W, Zhang W, Christle P, Goulding K, Vitousek P, Zhang F (2010). Significant acidification in major Chinese croplands. Science, 327(5968): 1008-1010.
2. Li C, Liu G, Geng X, He C, Quan T, Hayashi KI, De Smet I, Robert HS, Ding Z, Yang ZB (2021). Local regulation of auxin transport in root-apex transition zone mediates aluminium-induced Arabidopsis root-growth inhibition. Plant Journal, 108(1):55-66.
3. Zhu X, Wang P, Bai Z, Herde M, Ma Y, Li N, Liu S, Huang CF, Cui R, Ma H, Zhang M, Wang H, Wei T, Quan T, Zhang W, Liu C, Zhang T, Yang ZB (2022). Calmodulin-like protein CML24 interacts with CAMTA2 and WRKY46 to regulate ALMT1-dependent Al resistance in Arabidopsis thaliana. New Phytologist, 233 (6): 2471–2487.
4. Wang P, Wan N, Horst WJ, Yang ZB（2023）. From stress to responses: aluminium-induced signalling in the root apex. Journal of Experimental Botany 74(5):1358-1371.
转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号
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