（2020.11.21?JIPB）

氮是植物生長發(fā)育所需的大量元素之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，在很大程度上要依賴于施加氮肥提高作物產(chǎn)量。但氮肥的大量施用也帶來土壤酸化、水體富營養(yǎng)化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增加等一系列問題。硝酸鹽是土壤中含量最豐富的氮源之一，通常在土壤中分布不均。為確保在錯綜復(fù)雜的環(huán)境中有充分的硝酸鹽供應(yīng)，植物在長期進(jìn)化過程中形成了響應(yīng)外界氮素營養(yǎng)條件，且整合自身氮素需求的復(fù)雜且精細(xì)的信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。解析這一調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對于提高植物氮素利用效率、減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥投入，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

JIPB近日在線發(fā)表了山東大學(xué)白明義課題組題為“HBI1-TCP20 interaction positively regulates the CEPs-mediated systemic nitrate acquisition”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)，在擬南芥中油菜素內(nèi)脂信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑下游的一個重要調(diào)控元件bHLH類轉(zhuǎn)錄激活因子HBI1能夠和系統(tǒng)氮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的重要調(diào)控因子TCP20相互作用，二者協(xié)同調(diào)控CEPs短肽的表達(dá)，介導(dǎo)系統(tǒng)氮需求信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

該研究通過酵母雙雜交篩選HBI1的相互作用蛋白，鑒定到在植物系統(tǒng)氮信號中起重要作用的轉(zhuǎn)錄因子TCP20。HBI1和TCP20在植物體內(nèi)和體外都具有相互作用。HBI1及其同源基因的突變使得植物呈現(xiàn)出系統(tǒng)氮信號被阻斷的表型，根系發(fā)育受抑，系統(tǒng)氮信號響應(yīng)基因不再被調(diào)控表達(dá)。CEPs是植物系統(tǒng)氮響應(yīng)的關(guān)鍵短肽信號分子，當(dāng)植物根系感受到硝態(tài)氮匱乏時，誘導(dǎo)根系中的CEPs表達(dá)，并通過木質(zhì)部轉(zhuǎn)移到地上部，與其受體激酶CEPR1和CEPR2結(jié)合，激活系統(tǒng)氮信號。該研究發(fā)現(xiàn)HBI1和TCP20能直接結(jié)合到CEPs的啟動子上誘導(dǎo)CEPs的表達(dá);而氮饑餓處理能促進(jìn)HBI1和TCP20的相互作用，進(jìn)而增強(qiáng)CEPs的表達(dá)，激活系統(tǒng)氮信號，協(xié)調(diào)根系生長，實(shí)現(xiàn)對氮的高效吸收利用。

白明義課題組近年來在植物激素油菜素內(nèi)脂調(diào)控植物環(huán)境適應(yīng)性的研究中取得一系列進(jìn)展，揭示了油菜素內(nèi)脂調(diào)控植物幼苗出土的分子機(jī)制（Tian et al.， 2018， Nature Communications; Wang et al.， 2020， Plant Cell）;闡明了油菜素內(nèi)脂調(diào)控碳水化合物代謝調(diào)控氣孔運(yùn)動（Li et al.， 2020， Plant Cell）;以及植物能量感受器SnRK1在逆境條件下調(diào)控植物氣孔發(fā)育的分子機(jī)制（Han et al.， 2020， Nature Communications）。這篇論文揭示了油菜素內(nèi)酯下游關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子HBI1參與系統(tǒng)氮信號的分子機(jī)制，為下一步深入解析油菜素內(nèi)脂調(diào)控植物氮吸收利用奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。山東大學(xué)的博士研究生褚曉茜為該論文的第一作者，山東大學(xué)的向鳳寧教授，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的李根英研究員和張淑娟博士，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的王勇教授和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的向成斌教授也參與了該項(xiàng)研究工作，山東大學(xué)的白明義教授及其課題組的博士后王家剛博士為該論文共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金，山東省自然科學(xué)基金，中國博士后基金和山東省博士后基金的資助。