EMBO Journal：氮如何调控生长素极性运输来调节植物根系生长？

来源：植物生物学

2021年1月5日，EMBO Journal 在线发表了奥地利科学技术学院（IST）的Eva Benková教授和Krzysztof Wabnik教授为共同通讯作者的题为Modulation of plant root growth by nitrogen source‐defined regulation of polar auxin transport的研究文章。揭示了氮源调控极性生长素运输从而对植物根系生长的调控机制。

土壤中必需的常量营养元素氮的有效性在植物生长发育和影响农业生产力方面起着至关重要的作用。植物已经进化出不同的感知和响应氮分布的策略。调控根系构型，包括初生根的生长和分枝，是确保足够的氮素吸收的最基本的植物适应之一。然而，协调根系生长对不同氮源(如硝酸盐或铵)反应的直接分子途径却知之甚少。

植物激素生长素是一种重要的内源调节信号，决定了根系生长的关键方面。作者在添加不同形态氮的根中观察到不同的生长模式，对生长素在根尖的分布进行了监测。本研究首先发现，发现根分生组织中生长素的活性模式可能适应特定的氮素条件。通过在根的两个相邻的外层组织之间协调生长素流量，从而使根细胞分裂和伸长的同步进行，从而协调根系生长对不同氮源的反应。具体表现为在供应NH4+的根中，表皮细胞生长素信号的早期陡峭梯度与其早期进入快速伸长期有关。而在皮层细胞中，生长素达到的浓度可能会推动更近端细胞的伸长。NH4+被NO3取代减弱了皮层和表皮细胞之间生长素分布的差异，这将导致细胞同步生长。

紧接着，作者发现这种协调是通过依赖于硝酸盐的PIN2生长素外流载体在以前未知的磷酸化位点去磷酸化，导致随后的PIN2偏侧化，从而调节相邻组织之间的生长素流动来实现的。

该研究的新机制解析，拓宽了我们对动态环境中根系生长机制的理解。

植物对土壤的有效利用依赖于根系对有效养分的快速调整。本研究发现，根生长对不同氮源的适应被证明是通过PIN2生长素载体的磷酸化来调节生长素的分布来实现的。

1. 氮源类型(硝酸盐和铵)对拟南芥根尖组织的细胞伸长和分裂模式有不同的调节作用。
氮源类型调节生长素在根尖运输的方向性。
2. 根生长对氮源的调节是通过S439的PIN2磷酸化介导的。
3. PIN2磷酸化通过调节PIN2在质膜上的极性定位来影响生长素。