发现系统氮信号转导途径调控的新机制

（2020.11.21 JIPB）

氮是植物生长发育所需的大量元素之一，在农业生产中，在很大程度上要依赖于施加氮肥提高作物产量。但氮肥的大量施用也带来土壤酸化、水体富营养化和农业生产成本增加等一系列问题。硝酸盐是土壤中含量最丰富的氮源之一，通常在土壤中分布不均。为确保在错综复杂的环境中有充分的硝酸盐供应，植物在长期进化过程中形成了响应外界氮素营养条件，且整合自身氮素需求的复杂且精细的信号调控网络。解析这一调控网络，对于提高植物氮素利用效率、减少农业生产中化肥投入，实现农业可持续发展具有重要意义。

JIPB近日在线发表了山东大学白明义课题组题为“HBI1-TCP20 interaction positively regulates the CEPs-mediated systemic nitrate acquisition”的研究论文。该研究发现，在拟南芥中油菜素内脂信号转导途径下游的一个重要调控元件bHLH类转录激活因子HBI1能够和系统氮信号转导途径的重要调控因子TCP20相互作用，二者协同调控CEPs短肽的表达，介导系统氮需求信号转导。

该研究通过酵母双杂交筛选HBI1的相互作用蛋白，鉴定到在植物系统氮信号中起重要作用的转录因子TCP20。HBI1和TCP20在植物体内和体外都具有相互作用。HBI1及其同源基因的突变使得植物呈现出系统氮信号被阻断的表型，根系发育受抑，系统氮信号响应基因不再被调控表达。CEPs是植物系统氮响应的关键短肽信号分子，当植物根系感受到硝态氮匮乏时，诱导根系中的CEPs表达，并通过木质部转移到地上部，与其受体激酶CEPR1和CEPR2結合，激活系统氮信号。该研究发现HBI1和TCP20能直接结合到CEPs的启动子上诱导CEPs的表达;而氮饥饿处理能促进HBI1和TCP20的相互作用，进而增强CEPs的表达，激活系统氮信号，协调根系生长，实现对氮的高效吸收利用。

白明义课题组近年来在植物激素油菜素内脂调控植物环境适应性的研究中取得一系列进展，揭示了油菜素内脂调控植物幼苗出土的分子机制（Tian et al.， 2018， Nature Communications; Wang et al.， 2020， Plant Cell）;阐明了油菜素内脂调控碳水化合物代谢调控气孔运动（Li et al.， 2020， Plant Cell）;以及植物能量感受器SnRK1在逆境条件下调控植物气孔发育的分子机制（Han et al.， 2020， Nature Communications）。这篇论文揭示了油菜素内酯下游关键转录因子HBI1参与系统氮信号的分子机制，为下一步深入解析油菜素内脂调控植物氮吸收利用奠定了扎实的基础。山东大学的博士研究生褚晓茜为该论文的第一作者，山东大学的向凤宁教授，山东省农业科学院的李根英研究员和张淑娟博士，山东农业大学的王勇教授和中国科学技术大学的向成斌教授也参与了该项研究工作，山东大学的白明义教授及其课题组的博士后王家刚博士为该论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金，山东省自然科学基金，中国博士后基金和山东省博士后基金的资助。