Science | 西北农林科技大学研究揭示植物硝态氮传感因子！

氮是植物生长的主要限制因素，是农业生产力、动物和人类营养以及可持续生态系统的基础。光合植物通过将无机氮同化为生物大分子（DNA、RNA、蛋白质、叶绿素和维生素），维持植物和依赖它们的食物网，从而推动陆地氮循环。为了与土壤中喜欢有机氮或铵的微生物竞争，大多数植物已经进化出调节途径，以应对波动的硝酸盐供应。感受到可用硝酸盐的植物会在几分钟内协调转录组、代谢、激素、全系统的地上部分和根部的生长以及繁殖反应。

2022年9月22日，国际顶级学术期刊Science发表了西北农林科技大学刘坤祥和美国哈佛医学院Jen Sheen团队的最新相关研究成果，题为NIN-like protein 7 transcription factor is a plant nitrate sensor的研究论文。在这篇文章中，科研人员确定转录因子NIN-like protein 7（NLP7）是主要的硝酸盐传感因子。科研人员表明，NLP7作为一个细胞内的硝酸盐传感因子，不同于浆膜外硝酸盐转运蛋白-传感因子（转受体）NRT1.1。

硝酸盐是植物生长的重要营养物质和信号分子。植物感知细胞内的硝酸盐以调整其代谢和生长反应。在这篇文章中科研人员确定了植物中主要的硝酸盐传感因子。科研人员发现，所有七个拟南芥类NIN蛋白（NLP）转录因子的突变废除了植物的主要硝酸盐反应和发育程序。对NIN-NLP7嵌合体和硝酸盐结合的分析表明，NLP7在硝酸盐感知时通过其氨基末端被解压。一个遗传编码的荧光分体生物传感因子，mCitrin-NLP7，使单细胞的硝酸盐动态在植物体中得到了可视化。NLP7的硝酸盐传感因子结构域类似于细菌的硝酸盐传感因子NreA。配体结合袋中保守残基的替换削弱了硝酸盐触发的NLP7控制转录、运输、代谢、发育和生物量的能力。科研人员提出NLP7代表陆地植物中的一个硝酸盐传感因子。

图1. 组合式NLP转录因子是初级硝酸盐反应和发育程序的核心

图2. 硝酸盐解除对NLP7的抑制

图3. 硝酸盐直接与NLP7结合

图4. 基因编码的生物传感因子在转基因地上部分和根部中检测细胞内的硝酸盐

图5. NLP7的传感因子结构域类似于NreA，有保守的残基用于硝酸盐的感知和信号传递

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