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JIPB西农王存:NMT发现ABA会抑制硝酸根内流负调控植物硝酸盐吸收

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[成果与文献分享]

JIPB西农王存:NMT发现ABA会抑制硝酸根内流负调控植物硝酸盐吸收

 楼主| xuyue_2017 发表于 2021-1-18 15:03  
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本帖最后由 xuyue_2017 于 2021-1-27 14:06 编辑

NMT作为生命科学底层核心技术,是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年,NMT已扎根中国15年。2020年,中国NMT销往瑞士苏黎世大学,正式打开欧洲市场。
感谢本文一作西农生科院苏行博士校稿

基本信息
主题:NMT发现ABA会抑制硝酸根内流负调控植物硝酸盐吸收
期刊:Journal of Integrative Plant Biology
影响因子:4.885
研究使用平台:NMT植物营养创新平台
标题:Abscisic acid signaling negatively regulates nitrate uptake via phosphorylation of NRT1.1 by SnRK2s in Arabidopsis
作者:西北农林科技大学王存、苏行

检测离子/分子指标
NO3-

检测样品
拟南芥根

中文摘要(谷歌机翻)
氮(N)是植物生长和生产力的限制性养分。植物激素脱落酸(ABA)被认为在波动的氮环境中对硝酸盐的吸收起着重要作用。然而,ABA参与N缺乏反应的分子机制在很大程度上是未知的。在这项研究中,我们证明ABA信号传导元件,特别是三个亚类IIISUCROSE NON-FERMENTING1(SNF1)-RELATED PROTEINKINASE 2S(SnRK2)蛋白,在拟南芥N缺乏条件下的根部觅食和对硝酸盐的摄取中起着作用。Snrk2.2snrk2.3snrk2.6三倍突变体在硝酸盐缺乏的情况下,与野生型植株相比,长出了更长的主根,并有更高的硝酸盐流入和积累速率。SnRK2.2/2.3/2.6蛋白在体外和体内与硝酸盐转导受体NITRATE TRANSPORTER1.1(NRT1.1)相互作用并使其磷酸化。SnRK2s对NRT1.1的磷酸化导致硝酸盐摄取量显著减少,并损害了根的生长。此外,我们还发现NRT1.1Ser585是一个以前未知的功能位点:磷酸化的NRT1.1S585D在低亲和力和高亲和力运输活动中都受到损害。综上所述,我们的研究结果为我们提供了关于植物在N缺乏的情况下如何通过ABA信号传递微调生长的新见解。

离子/分子流实验处理
4日龄拟南芥幼苗0.01 mM NO3-培养4 d

离子/分子流实验结果
为了研究snrk2.2snrk2.3snrk2.6突变体的长根是否是由于氮吸收增加所致,研究通过检测根表面的NO3-流速来分析NO3-的内流情况。首先,将在1/2 MS培养基上4日龄幼苗转移到有0.01 mM NO3-的无N培养基上。处理4 d后,采用非损伤微测技术(NMT)对幼苗根表面的硝酸盐流速进行分析。使用NRT1.1缺失突变体chl1-5作为研究的实验对照,该突变体的硝酸盐吸收被抑制。在缺氮条件下,snrk2.2snrk2.3snrk2.6突变体的硝酸盐内流速率明显高于野生型,而chl1-5突变体的硝酸盐内流速率要低得多(图1C, D)。为了研究ABA在缺氮条件下是否影响硝酸盐内流,研究使用10 μM ABA处理的WT,chl1-5和snrk2.2snrk2.3snrk2.6幼苗进行了硝酸盐流速分析。ABA抑制了野生型和chl1-5突变体中硝酸盐的内流,而在snrk2.2snrk2.3snrk2.6突变体中没有发现类似情况(图1C, D)。这些结果表明,在缺氮条件下,ABA通过SnRK2.2/2.3/2.6负调控硝酸盐的吸收。
图1. 硝酸盐在拟南芥根尖表面的内流情况
此外,NRT1.1S585D /chl1-5株系的硝酸盐内流速率与chl1-5突变体相似,显著低于WT、NRT1.1/chl1-5和NRT1.1S585A /chl1-5植株(图2D,E)。
图2. 硝酸盐在拟南芥根尖表面的内流情况

其他实验结果
  • ABA信号在拟南芥对缺氮的响应中起负调节作用。
  • SnRK2.2/2.3/2.6在拟南芥响应缺氮时发挥冗余功能(function redundantly)。
  • 在缺氮条件下,ABA通过SnRK2.2/2.3/2.6负调控硝酸盐的吸收。
  • SnRK2s在体内外均与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)胞浆部分,Ser8和Ser585是体外关键的磷酸化位点。
  • SnRK2.6/OST1抑制NRT1.1的低亲和力和高亲和力硝酸盐吸收活性。
  • SnRK2.6/OST1磷酸化抑制了NRT1.1的硝酸盐转运活性,Ser585可能是一个功能位点。
  • SnRK2s以ABA依赖的方式磷酸化NRT1.1。
  • chl1-5突变体和NRT1.1S585D/chl1-5株系对ABA较为不敏感。
  • SnRK2介导的磷酸化可能影响NRT1.1的转运活性,而不是其定位或蛋白质稳定性。

结论
研究认为SnRK2.2/2.3/2.6通过磷酸化负调控NRT1.1的活性,从而改变NRT1.1的硝酸盐转运活性和缺氮条件下的根系觅食(root foraging)。当环境中的硝酸盐足够时,NRT1.1会显示出强大的硝酸盐转运活性,以满足氮的需求。然而,在氮有限的情况下,CBL1/9-CIPK23复合物主要在Thr101处的磷酸化NRT1.1,促进NRT1.1从低亲和力向高亲和力硝酸盐转运体过渡,从而增强氮的吸收。随后,SnRK2s主要在Ser585处磷酸化NRT1.1,从而降低其硝酸盐转运活性(图3)。这种机制避免了过量的硝酸盐吸收,以平衡N胁迫响应对生长响应的影响。
图3. ABA信号在硝酸盐缺乏调控中的作用的作用模型

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

仪器采购信息
  • 据中关村NMT产业联盟了解,西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室于2019年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统,采购方式为单一来源。

关键词:缺氮;脱落酸;SnRK2.2/2.3/2.6;NRT1.1
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