研究表明植物液泡CLCa交换体突变一个碱基，可提高氮利用效率

2022年11月22日，巴黎萨克雷大学 Sophie Filleur课题组在The Plant Cell杂志上在线发表题为“Proton exchange by the vacuolar nitrate transporter CLCa is required for plant growth and nitrogen use efficiency”的研究论文。该研究发现在拟南芥植物中，硝酸盐/质子交换体CLCa转化为硝酸盐通道可降低植物中的水分含量，但提高了氮的利用效率。

氮是植物最重要的无机养分之一。根系主要以硝酸盐（NO3-）的形式吸收氮。一旦进入细胞，NO3-可以被同化成氨基酸或储存在液泡中，在那里它调节细胞含水量以维持植物生长。CLCa是植物中介导NO3-进入液泡的主要转运蛋白。它用作交换体，从液泡中去除一个质子（H+）以储存两个NO3-阴离子。CLCa属于由阴离子/质子交换体和阴离子通道组成的保守家族，结构非常相似。大多数交换体共享一个保守的谷氨酸残基（E203），在CLC交换体中保守的谷氨酸残基突变可能是交换体转化为通道的原因。然而，植物是否需要CLCa的NO3- /H+交换机制来稳定水和硝酸盐状态？将CLCa从交换体转化为只有硝酸盐通道的生理后果是什么？

该研究首先表明具有谷氨酸203（E203）突变的CLCa在其天然膜中表现为阴离子NO3-通道。之后在拟南芥CLCA敲除突变体中表达一种突变形式的CLCa，其中氨基酸E203发生突变，将交换体转化为NO3-通道。结果显示这些CLCaE203A突变体显示出与水稳态破坏相关的生长缺陷。然而开花后阶段的进一步分析表明，CLCaE203A表达导致种子氮吸收分配增加，氮利用效率高于野生型，从而导致种子中的高氮含量。

综述所述，该研究表明液泡上CLCa交换体对植物代谢和发育的关键功能。后期可以通过将CLCa突变版本的根特异性表达来选择具有较高NUE而不影响生长的植物的可能性。

论文链接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac325/6835429

转自：“iPlants”微信公众号

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