逆境之戰(zhàn)：調(diào)控鉀/氮協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)分子機(jī)制被發(fā)現(xiàn)

逆境之戰(zhàn)：調(diào)控鉀/氮協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)分子機(jī)制被發(fā)現(xiàn)

 

近幾年以來，中國(guó)在植物學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了質(zhì)的飛躍，其植物學(xué)研究成果占到了全球的20%以上，隨著國(guó)家對(duì)于基礎(chǔ)科學(xué)研究的重視，一大批優(yōu)秀的成果脫穎而出。本期介紹的這篇論文就是重要代表之一。

 

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)武維華院士/王毅教授課題組、李繼剛教授課題組和德國(guó)明斯特大學(xué)Jörg Kudla教授課題組合作完成了擬南芥轉(zhuǎn)錄因子MYB59調(diào)控低鉀條件下K⁺/NO₃^-轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制研究。2019年2月，Plant Cell在線發(fā)表了題為“The tranion factor MYB59 regulates K⁺/NO₃^-translocation in the Arabidopsis response to low K⁺stress”的研究論文。該研究揭示了擬南芥轉(zhuǎn)錄因子MYB59應(yīng)答養(yǎng)分脅迫環(huán)境，并調(diào)控鉀和氮協(xié)同運(yùn)輸?shù)姆肿訖C(jī)制。同時(shí)，Plant Cell編委還針對(duì)該研究?jī)?nèi)容發(fā)表了題為“It's an uphill battle: The MYB59-NPF7.3 regulatory module and its role in nutrient transport”的專評(píng)。

 

鉀和氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量元素,直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育以及作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。K⁺在酶促反應(yīng)、滲透調(diào)節(jié)、電荷平衡等方面都起著重要的作用，而N則是碳化合物的組成成分，構(gòu)成了氨基酸、蛋白質(zhì)、核苷酸等物質(zhì)。長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐早已證明，按適當(dāng)比例施用鉀肥和氮肥可以顯著提高肥料的吸收利用效率。已有的研究報(bào)道顯示，鉀和氮的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)是協(xié)同進(jìn)行的,但其分子調(diào)控機(jī)制仍不明確。

 

課題組實(shí)驗(yàn)室前期研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥硝酸根轉(zhuǎn)運(yùn)體NRT1.5不僅負(fù)責(zé)NO₃^-從根向冠的轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)還影響K⁺從根部向冠部的運(yùn)輸過程。因此，NRT1.5很可能是鉀和氮協(xié)同運(yùn)輸?shù)闹匾�組分。已有研究表明鉀缺乏抑制NRT1.5的轉(zhuǎn)錄,說明NRT1.5的轉(zhuǎn)錄能夠響應(yīng)環(huán)境中鉀濃度變化，但低鉀抑制NRT1.5轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制尚屬未知。本論文工作證明了MYB59是NRT1.5的正向轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，低鉀可通過抑制MYB59的轉(zhuǎn)錄及促進(jìn)MYB59蛋白的降解進(jìn)而抑制NRT1.5的轉(zhuǎn)錄，最終調(diào)節(jié)擬南芥中鉀和氮的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)過程。通過表型篩選獲得一個(gè)擬南芥低鉀敏感突變體lks3。離子含量測(cè)定結(jié)果顯示，低鉀條件下MYB59突變體的根部積累了更多的K⁺和NO₃^-，而冠部的K⁺和NO₃^-含量降低，說明MYB59調(diào)控K⁺和NO₃^-從根向冠的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明,低鉀處理可以同時(shí)抑制MYB59及NRT1.5的轉(zhuǎn)錄水平。而半體內(nèi)蛋白降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低鉀處理后MYB59.3蛋白被快速降解。

 

本論文研究結(jié)果表明，MYB59是NRT1.5的正向轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。在正常鉀條件下，MYB59促進(jìn)NRT1.5的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而促進(jìn)擬南芥中K⁺和NO₃^-從根向冠的協(xié)同運(yùn)輸過程。低鉀脅迫時(shí)，MYB59的轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平均被下調(diào)，結(jié)果使NRT1.5的轉(zhuǎn)錄被抑制，K⁺和NO₃^-從根向冠的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)也隨之受抑。論文研究工作證明了MYB59和NRT1.5這一轉(zhuǎn)錄調(diào)控通路在植物響應(yīng)環(huán)境鉀虧缺、調(diào)控鉀/氮協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)及根冠分配方面有重要作用。

 

 

擬南芥通過MYB59-NPF7.3調(diào)控機(jī)制

應(yīng)答和調(diào)節(jié)外部K⁺/NO₃^-水平

 

在該研究論文中，⁸⁶Rb⁺ 吸收實(shí)驗(yàn)被用來分析K⁺的吸收，⁸⁶Rb⁺ 同位素作為示蹤劑被珀金埃爾默的MicroBeta液閃儀定量檢測(cè)，珀金埃爾默助力中國(guó)科學(xué)家取得更大成績(jī)。

 

 

1.http://www.plantcell.org/content/early/2019/02/13/tpc.18.00674

2.http://www.plantcell.org/content/early/2019/02/13/tpc.19.00032

 

 

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