中科院遗传发育所储成才/胡斌团队揭示植物协调利用氮磷的响应机制

为了以可持续的方式确保作物高产，需要对养分获取的控制有一个全面的了解。特别是，控制协调利用两种最需要的矿物养分氮和磷的信号网络至关重要。2019年3月26号，中科院遗传发育所储成才、 胡斌研究团队等人在Nature Plants上在线发表了题为Nitrate–NRT1.1B–SPX4 cascade integrates nitrogen and phosphorus signalling networks in plants的研究论文。该研究揭示了硝酸盐激活水稻（Oryza sativa L.）中磷酸盐和硝酸盐利用的机制。

营养平衡对于维持人类的最佳健康是必不可少的，它可以通过食用均衡的饮食来实现。对于植物来说，保持适当的营养平衡也是必需的，这取决于对各种矿物质养分的协调获取。氮(N)和磷(P)是植物最需要的两种矿质养分，是农业生产中应用最广泛的肥料。合理的供氮磷比对作物产量的最大化至关重要，对作物生产性能的影响甚至大于绝对供氮量或P量。此外，据报道，N：P供应比的变化对其吸收有显著影响。值得注意的是，N：P供应比的增加大大促进了湿地禾本科植物对磷的吸收。因此，在不断变化的营养环境下，植物必须进化出协调氮和磷利用的策略。然而，氮磷相互作用的分子机制在很大程度上尚不清楚。

对植物来说，磷也起着信号分子的作用，可以调节基因的表达，激活营养反应。在拟南芥和水稻模型植物中，硝酸盐和磷酸盐的信号途径得到了广泛的研究。硝酸盐通过Thr 101的磷酸化被双亲和硝酸盐转运体AtNRT1.1/CHL 1/AtNPF 6.3(AT1G12110)所感知，这一步骤受硝酸盐浓度的调控，并调节拟南芥的初级硝酸盐反应。在水稻中，OsNRT1.1B/OsNPF 6.5(NRT1.1B；LOC_Os10g40600)是AtNRT1.1的功能同源体，也被证明可以介导硝酸盐信号转导。NIN样蛋白AtNLP 7(AT4G24020)是一种中央转录因子，直接控制拟南芥11中硝酸盐应答基因的表达。

N-P协调响应模型

有趣的是，硝酸盐促进了AtNLP 7的核定位，将硝酸盐信号传递给下游反应。最近的一项研究表明，这一过程涉及由Ca2+传感器蛋白激酶介导的硝酸盐触发的Ca2+信号。然而，硝酸盐传感是如何从质膜传感器传递到下游元件，这在很大程度上限制了我们对硝酸盐信号机制的理解。

在此，研究人员揭示了硝酸盐激活水稻（Oryza sativa L.）中磷酸盐和硝酸盐利用的机制。研究发现硝酸盐传感器NRT1.1B与磷酸盐信号抑制器SPX 4相互作用。硝酸盐感知增强了NRT1.1B-SPX 4的相互作用，并通过招募一种E3泛素连接酶NRT1.1B相互作用蛋白1(NBIP 1)，促进了SPX 4的泛素化和降解。这反过来又允许磷信号的关键转录因子PHR 2易位至细胞核，并启动磷利用基因的转录。有趣的是，硝酸盐信号的中心转录因子NLP 3也受SPX 4的控制。因此，硝酸盐引发的SPX 4降解激活了磷和硝酸盐的应答基因，实现了氮和磷的协调利用。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-019-0384-1