NatPlants植物感知和获取氮

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近日,NaturePlants杂志在线发表了来自日本名古屋大学YoshikatsuMatsubayashi团队题为“Atype2Cproteinphosphataseactivateshigh-affinitynitrateuptakebydephosphorylatingNRT2.1”的研究论文。该研究揭示了CEPD诱导的磷酸酶(CEPH)可通过直接使NRT2.1的Ser去磷酸化来激活植物高亲和力的硝酸盐吸收。研究进一步表明N饥饿条件下,通过芽中的CEPDL2/CEPD1/2长途信号途径介导根部的表皮细胞CEPH的表达,因此,该研究确定CEPH是NRT2.1依赖N饥饿的激活中的关键酶,为我们了解植物如何响应N饥饿环境在翻译后水平调节高亲和力硝酸盐的吸收。植物获取N的方式主要是从土壤中吸收NO3-。有趣的是,在N缺乏条件下,侧根生长被促进;在N充足的环境下,侧根生长被抑制;在土壤N分布不均匀时,侧根偏向生长在高N处(图1)。如果除去地上部分,这些根的响应便消失了,暗示这些现象依赖于根-茎-根的长距离信号传导。此外,长距离信号传导依赖小肽-受体信号,经历N缺乏的根产生一类小肽C-terminallyencodedpeptides(CEPs),它们通过木质部迁移,被其受体CEPRs识别,进而在叶片产生第二类小肽CEPDOWNSTREAM(CEPDs),CEPDs迁移到根中,在处于N充足环境的根中激活NRT2.1的表达,促进N吸收(图1)。图1.N响应和信号而N的受体和转运体NitrateTransporter1.1(NRT1.1)在高N条件下表现低亲和转运活性,在低N条件下转换为高亲和转运活性,这种转换依赖于蛋白激酶CIPK23对NRT1.1的Thr位点的磷酸化,进而使其去二聚化。NRT1.1还控制其他N转运体如NRT2.1的表达。NO3-介导的钙离子内流使钙传感器蛋白激酶(CPKs)磷酸化转录因子NIN-likeprotein7(NLP7),磷酸化的NLP7进入细胞核,上调转录因子ArabidopsisNitrateResponse1(ANR1)和NRT2.1的表达,促进侧根增殖和NO3-转运(图2)。图2.NO3-的感知和信号传导该研究发现使用过表达方法CEPDL2时,即使在N充足的条件下,发现根特异性PP2C家族磷酸酶CEPH(At4g)上调,并表明该磷酸酶是CEPDL2/CEPD1/2信号转导的下游靶标,这是系统调节N动态平衡所必需的。进一步发现CEPH可通过直接使NRT2.1的Ser位点的去磷酸化来激活高亲和力的硝酸盐吸收。N饥饿会上调CEPH,主要是通过CEPDL2/CEPD1/2介导芽的长途信号传导介导的。而遗传学结果显示,CEPH的突变导致组织硝酸盐含量和植物生物量的显着下降。综上所述,该结果确定CEPH是NRT2.1依赖N饥饿的激活中的关键酶,并提供分子和机制的见解,以了解植物如何响应N环境在翻译后水平调节高亲和力硝酸盐的吸收。


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