Plant Cell | 结瘤的开与关：日本筑波大学研究揭示硝酸盐如何调控豆科植物的基因表达！

豆科植物（豆类）在其根部形成结瘤以吸收氮（Nature | 突破！中科院植生所王二涛团队揭示豆科植物与根瘤菌共生固氮的关键模块！Science | 重磅研究揭示植物如何区分有益和有害微生物！Science | 专家点评：豆科植物结瘤共生的特异性；PNAS | 英国牛津大学Philip Poole团队揭示豆科植物-根瘤菌互惠共生中的条件性制裁效应！）。当氮充足时，豆科植物会停止结瘤的产生，但准确地说，硝酸盐的存在如何控制这些植物的结瘤形成一直是个谜。现在，来自日本的研究人员发现，蛋白质和硝酸盐之间的相互作用可以诱导和抑制基因，控制结瘤的形成，在可持续农业中具有潜在的应用。

国际权威学术期刊Plant Cell发表的日本筑波大学Takuya Suzaki团队的一项题为Different DNA-binding specificities of NLP and NIN transcription factors underlie nitrate-induced control of root nodulation的一项研究表明，建立结瘤发育的蛋白质之间不同的DNA结合特性决定了参与支配结瘤的共生关系的基因是打开还是关闭，并且这种基因的表达是由硝酸盐诱导的。近日，Plant Cell发表了美国唐纳德-丹佛斯植物科学中心Kevin L Cox, Jr.撰写的题为Nodding on and off: transcription factor cis-elements that regulate nitrate-dependent gene expression for root nodule symbiosis的相关点评文章。

直到现在，人们对决定豆科植物在过量硝酸盐存在下如何停止结瘤的分子活动还没有完全了解。以前的研究确定了参与结瘤形成的转录因子（有助于将特定基因"打开"或"关闭"的蛋白质），但这只是故事的一部分。在先前确定参与结瘤形成的蛋白质（称为NLPs）的转录因子的基础上，科研人员试图回答促进结瘤的共生基因表达如何受硝酸盐控制的问题，科研人员测试了特定的NLPs，发现它们具有重叠的功能，导致硝酸盐诱导的对结瘤的控制。

为了研究这些分子间的相互作用，研究人员利用来自Lotus japonicus的蛋白质分析了RNA分子和植物性状。他们发现一些蛋白质具有双重功能，充当硝酸盐依赖性基因表达的主调节因子。他们还确定了新的蛋白质结合点，并将它们与以前已知的结合点进行了比较。他们的发现揭示了与NLP调节的抑制硝酸盐结瘤的共生基因转录有关的基本原则。

研究人员强调了其他问题。一些NLPs在细胞核中被发现，以响应硝酸盐并停止结瘤产生，而其他NLPs则不断聚集在细胞核中，而不管硝酸盐水平如何。对于后者，目前还不清楚它们如何专门在硝酸盐存在的情况下发挥作用。NLPs在细胞中的位置很重要，因为翻译（当RNA被编码为蛋白质时）发生在细胞的细胞质中。如果蛋白质的变化发生在遗传密码被读取之后（翻译后修饰），它可以解释这些NLPs如何进入蛋白质-蛋白质的相互作用并调节基因。

揭示转录因子如何影响基因表达一直是理解植物转录调控难题的一个缺失部分，研究人员的发现使我们更接近于了解在这些复杂的分子关系中可能存在的问题，但还有很多问题需要解决。未来的研究应旨在回答其他NLPs和其他感兴趣的植物物种如何调节结瘤的问题。

图1. NRSYM2/LjNLP1基因的鉴定

图2. 硝酸盐对Ljnlp4 Ljnlp1双突变体的结瘤和植物生长的影响

图3. Ljnlp4和Ljnlp1突变对硝酸盐诱导型基因表达的影响

图4. Ljnlp4和Ljnlp1突变体在根瘤共生期间的转录组分析

图5. 全基因组LjNLP4结合位点的鉴定

图6. LjNLP4和LjNIN结合位点的比较

图7. 顺式元件依赖的蛋白质-蛋白质相互作用

图8. LjNLP4和LjNIN对基因表达的调节

图9. L. japonicus中对硝酸盐响应的结瘤相关基因表达的调控模型

欢迎加入学术交流群：植物根际微生物、生物固氮、植物免疫、植物微生物组、病原微生物、共生微生物！更有效的获取相关文献和科研信息，进行同行学术交流

更多精彩内容，点击下方“往期回顾”

喜欢就转发、收藏，点“在看”