氮元素作為植物所必需的大量元素之一，貫穿了植物整個(gè)生長發(fā)育過程。由于微生物的硝化作用，土壤中的絕大多數(shù)氮元素通常以硝酸鹽形式存在，但是依賴于土壤類型和氣候條件，土壤硝態(tài)氮的可獲得性并不穩(wěn)定。為應(yīng)對(duì)自然環(huán)境中氮元素的波動(dòng)性，植物進(jìn)化產(chǎn)生了完善的調(diào)控機(jī)制，使其能夠根據(jù)外部氮的有效性和內(nèi)部氮的狀態(tài)來調(diào)節(jié)根氮的獲取效率。

近日，國際知名雜志Nature communications在線發(fā)表了日本名古屋大學(xué)理學(xué)院生物科學(xué)系Yoshikatsu Matsubayashi課題組的研究論文《Shoot-to-root mobile CEPD-like 2 integrates shoot nitrogen status to systemically regulate nitrate uptake in Arabidopsis》，闡明了植物通過CEPD-like 2多肽整合莖部和根部的氮穩(wěn)態(tài)，并系統(tǒng)調(diào)控根部氮獲取性能的分子機(jī)理。

該課題組前期研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)饑餓誘導(dǎo)的含15個(gè)氨基酸的多肽植物激素CEP，其介導(dǎo)一個(gè)根部衍生的上行信號(hào)，可將氮缺乏信號(hào)向上傳遞給地上部（1）。其被莖部的LRR受體激酶CEPR1識(shí)別后，促進(jìn)非分泌多肽CEPD1和CEPD2的產(chǎn)生作為次級(jí)信號(hào)（2），隨后激活氮轉(zhuǎn)運(yùn)關(guān)鍵基因NRT2.1的表達(dá)。在本研究中，作者發(fā)現(xiàn)一個(gè)多肽CEPD-like 2，當(dāng)?shù)厣喜刻幱诘狈顟B(tài)時(shí)，其在葉片維管系統(tǒng)中高量表達(dá)，隨后遷移至根部，促進(jìn)根部氮攝取。研究發(fā)現(xiàn)，CEPD-like 2的突變導(dǎo)致地上部氮含量和生物量的減少，多個(gè)NRT基因下調(diào)表達(dá)。且CEPD-like 2和CEPD1/2協(xié)同介導(dǎo)根部的氮穩(wěn)態(tài)，在其CEPD三突變體中，植株氮穩(wěn)態(tài)進(jìn)一步受損，生物量及含氮量嚴(yán)重減少。

總而言之，該研究提出了一個(gè)植物氮穩(wěn)態(tài)調(diào)控模型：CEPDL2介導(dǎo)一個(gè)莖部衍生的下行信號(hào)，在響應(yīng)莖部氮缺陷后，通過高親和力的氮攝取和根部向莖部的氮運(yùn)輸保證植物的氮需求。I，當(dāng)植物生長在氮充足環(huán)境，且地上部可以攝取足量的氮元素保證需求時(shí)，此時(shí)，CEPDL2和CEPD1/2信號(hào)路徑均維持在一個(gè)基礎(chǔ)水平。II，在植物處于氮含量中等環(huán)境下，當(dāng)根部氮元素?cái)z取不足以供應(yīng)地上部需求時(shí)，CEPDL2信號(hào)隨即被激活。III，當(dāng)植物處于氮缺乏條件下或根部氮攝取遠(yuǎn)不能滿足莖部氮需求時(shí)，CEPDL2和CEPD1/2信號(hào)路徑均被強(qiáng)烈激活。