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

來源:珀金埃爾默企業(yè)管理(上海)有限公司   2019年08月15日 16:39  

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

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)武維華院士/*教授課題組、李繼剛教授課題組和德國明斯特大學(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)運的分子機制研究。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)同運輸?shù)姆肿訖C制。同時,Plant Cell編委還針對該研究內(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。

鉀和氮是植物生長發(fā)育所必需的大量元素,直接影響植物的生長發(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)。長期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐早已證明,按適當比例施用鉀肥和氮肥可以顯著提高肥料的吸收利用效率。已有的研究報道顯示,鉀和氮的吸收和轉(zhuǎn)運是協(xié)同進行的,但其分子調(diào)控機制仍不明確。

課題組實驗室前期研究發(fā)現(xiàn),擬南芥硝酸根轉(zhuǎn)運體NRT1.5不僅負責(zé)NO3-從根向冠的轉(zhuǎn)運,同時還影響K+從根部向冠部的運輸過程。因此,NRT1.5很可能是鉀和氮協(xié)同運輸?shù)闹匾M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MYB59蛋白的降解進而抑制NRT1.5的轉(zhuǎn)錄,終調(diào)節(jié)擬南芥中鉀和氮的協(xié)同轉(zhuǎn)運過程。通過表型篩選獲得一個擬南芥低鉀敏感突變體lks3。離子含量測定結(jié)果顯示,低鉀條件下MYB59突變體的根部積累了更多的K+NO3-,而冠部的K+NO3-含量降低,說明MYB59調(diào)控K+NO3-從根向冠的轉(zhuǎn)運過程。實驗結(jié)果還表明,低鉀處理可以同時抑制MYB59及NRT1.5的轉(zhuǎn)錄水平。而半體內(nèi)蛋白降解實驗結(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NRT1.5的轉(zhuǎn)錄,進而促進擬南芥中K+NO3-從根向冠的協(xié)同運輸過程。低鉀脅迫時,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+NO3-從根向冠的協(xié)同轉(zhuǎn)運也隨之受抑。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)運及根冠分配方面有重要作用。

 

 

擬南芥通過MYB59-NPF7.3調(diào)控機制

應(yīng)答和調(diào)節(jié)外部K+/NO3-水平

在該研究論文中,86Rb+ 吸收實驗被用來分析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,珀金埃爾默助力中國科學(xué)家取得更大成績。

文章鏈接

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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