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通过响应外界硝酸盐浓度变化调控蒺藜苜蓿的根瘤形成

2023/4/24 9:21:19  阅读:112 发布者:

以下文章来源于ThePlantCell ,作者TPC

最近中科院分子植物科学卓越创新中心谢芳研究员课题组在The Plant Cell在线发表了题为The small peptide CEP1 and the NIN-like protein NLP1 regulate NRT2.1 to mediate root nodule formation across nitrate concentrations的研究论文,研究硝酸盐转运蛋白如何指导豆科植物根瘤的形成。

01

背景回顾

氮元素 (N) 是植物生长发育所必需的营养元素和信号分子。而豆科植物不仅可以将土壤中的 N 以硝酸盐 (NO3-)形式加以利用,还可以利用根部寄生细菌形成根瘤(根瘤菌),通过共生固氮来获取 N。但由于根瘤的形成和固氮过程对于植物而言是耗能的过程,因而植物会根据可用硝酸盐的浓度来调控根瘤的形成。高浓度的硝酸盐会抑制根瘤形成,而低浓度的硝酸盐则促进根瘤形成。然而,硝酸盐如何调控结瘤仍不清楚。

02

科学问题

负责高/低浓度硝酸盐吸收/转运的豆科植物硝酸盐转运蛋白 (NRT) 如何调控蒺藜苜蓿中根瘤的形成?

03

研究发现

我们发现蒺藜苜蓿MtNRT2.1 同时具有高亲和力和低亲和力的硝酸盐吸收转运活性,并且 MtNRT2.1在低浓度硝酸盐条件下调控最优的根瘤形成,而在硝酸盐充足时又是抑制结瘤所必需的。本研究发现转录因子 MtNLP1 直接激活 MtNRT2.1 基因表达以及低浓度和高浓度硝酸盐条件下硝酸盐摄入的调节。在低浓度硝酸盐条件下,编码小肽 MtCEP1 的基因高度表达,系统性地施用此小肽可以促进 MtNRT2.1 基因表达,而其表达又依赖于MtCRA2。其中,MtNRT2.1对于小肽 MtCEP1 增强结瘤和硝酸盐吸收是必需的。我们的研究表明在低浓度和高浓度硝酸盐条件下,通过MtNRT2.1 调控的硝酸盐吸收对于结瘤有不同的影响,而这一过程是由 MtCEP1 MtNLP1 控制的。

04

展望未来

土壤的氮元素吸收以及共生固氮对包括大豆 (Glycine max)在内的豆科作物的生长和产量极为重要。通过评估蒺藜苜蓿中鉴定到的调控机制的保守性可能为其他豆科植物固氮研究提供启示。

参考文献:

Zhenpeng Luo, Jiang Wang, Fuyu Li, Yuting Lu, Zijun Fang, Mengdi Fu, Kirankumar S Mysore, Jiangqi Wen, Jiming Gong, Jeremy D Murray, Fang Xie, The small peptide CEP1 and the NIN-like protein NLP1 regulate NRT2.1 to mediate root nodule formation across nitrate concentrations, The Plant Cell, Volume 35, Issue 2, February 2023, Pages 776794, https://doi.org/10.1093/plcell/koac340

转自:“植物生物技术Pbj”微信公众号

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