基本信息

主題：NMT發(fā)現(xiàn)ABA會(huì)抑制硝酸根內(nèi)流負(fù)調(diào)控植物硝酸鹽吸收

期刊：Journal of Integrative Plant Biology

影響因子：4.885

研究使用平臺(tái)：NMT植物營養(yǎng)創(chuàng)新平臺(tái)

標(biāo)題：Abscisic acid signaling negatively regulates nitrate uptake via phosphorylation of NRT1.1 by SnRK2s in Arabidopsis

作者：西北農(nóng)林科技大學(xué)王存、蘇行

檢測離子/分子指標(biāo)

NO₃^-

檢測樣品

擬南芥根

氮（N）是植物生長和生產(chǎn)力的限制性養(yǎng)分。植物激素脫落酸(ABA)被認(rèn)為在波動(dòng)的氮環(huán)境中對(duì)硝酸鹽的吸收起著重要作用。然而，ABA參與N缺乏反應(yīng)的分子機(jī)制在很大程度上是未知的。在這項(xiàng)研究中，我們證明ABA信號(hào)傳導(dǎo)元件，特別是三個(gè)亞類IIISUCROSE NON-FERMENTING1(SNF1)-RELATED PROTEINKINASE 2S（SnRK2）蛋白，在擬南芥N缺乏條件下的根部覓食和對(duì)硝酸鹽的攝取中起著作用。Snrk2.2snrk2.3snrk2.6三倍突變體在硝酸鹽缺乏的情況下，與野生型植株相比，長出了更長的主根，并有更高的硝酸鹽流入和積累速率。SnRK2.2/2.3/2.6蛋白在體外和體內(nèi)與硝酸鹽轉(zhuǎn)導(dǎo)受體NITRATE TRANSPORTER1.1（NRT1.1）相互作用并使其磷酸化。SnRK2s對(duì)NRT1.1的磷酸化導(dǎo)致硝酸鹽攝取量顯著減少，并損害了根的生長。此外，我們還發(fā)現(xiàn)NRT1.1Ser585是一個(gè)以前未知的功能位點(diǎn)：磷酸化的NRT1.1S585D在低親和力和高親和力運(yùn)輸活動(dòng)中都受到損害。綜上所述，我們的研究結(jié)果為我們提供了關(guān)于植物在N缺乏的情況下如何通過ABA信號(hào)傳遞微調(diào)生長的新見解。

離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理

4日齡擬南芥幼苗0.01 mM NO₃^-培養(yǎng)4 d

圖1. 硝酸鹽在擬南芥根尖表面的內(nèi)流情況

圖2. 硝酸鹽在擬南芥根尖表面的內(nèi)流情況

其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果

• ABA信號(hào)在擬南芥對(duì)缺氮的響應(yīng)中起負(fù)調(diào)節(jié)作用。

• SnRK2.2/2.3/2.6在擬南芥響應(yīng)缺氮時(shí)發(fā)揮冗余功能（function redundantly）。

• 在缺氮條件下，ABA通過SnRK2.2/2.3/2.6負(fù)調(diào)控硝酸鹽的吸收。

• SnRK2s在體內(nèi)外均與NRT1.1相互作用。

• SnRK2.6/OST1磷酸化NRT1.1的NT和CT（28-amino-acid-long N-terminal和27-amino-acid-long C-terminal）胞漿部分，Ser8和Ser585是體外關(guān)鍵的磷酸化位點(diǎn)。

• SnRK2.6/OST1抑制NRT1.1的低親和力和高親和力硝酸鹽吸收活性。

• SnRK2.6/OST1磷酸化抑制了NRT1.1的硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)活性，Ser585可能是一個(gè)功能位點(diǎn)。

• SnRK2s以ABA依賴的方式磷酸化NRT1.1。

• chl1-5突變體和NRT1.1^S585D/chl1-5株系對(duì)ABA較為不敏感。

• SnRK2介導(dǎo)的磷酸化可能影響NRT1.1的轉(zhuǎn)運(yùn)活性，而不是其定位或蛋白質(zhì)穩(wěn)定性。

結(jié)論

研究認(rèn)為SnRK2.2/2.3/2.6通過磷酸化負(fù)調(diào)控NRT1.1的活性，從而改變NRT1.1的硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)活性和缺氮條件下的根系覓食（root foraging）。當(dāng)環(huán)境中的硝酸鹽足夠時(shí)，NRT1.1會(huì)顯示出強(qiáng)大的硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)活性，以滿足氮的需求。然而，在氮有限的情況下，CBL1/9-CIPK23復(fù)合物主要在Thr101處的磷酸化NRT1.1，促進(jìn)NRT1.1從低親和力向高親和力硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體過渡，從而增強(qiáng)氮的吸收。隨后，SnRK2s主要在Ser585處磷酸化NRT1.1，從而降低其硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)活性（圖3）。這種機(jī)制避免了過量的硝酸鹽吸收，以平衡N脅迫響應(yīng)對(duì)生長響應(yīng)的影響。

圖3. ABA信號(hào)在硝酸鹽缺乏調(diào)控中的作用的作用模型

測試液

0.1 mM KNO₃, 0.1mM CaCl₂, 0.3 mM MES, pH 6.0

儀器采購信息

• 據(jù)中關(guān)村NMT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟了解，西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于2019年采購了美國揚(yáng)格公司的非損傷微測系統(tǒng)，采購方式為單一來源。