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逆境之战：调控钾/氮协同转运分子机制被发现
495 人阅读发布时间：2019-08-20 09:20
近几年以来，中国在植物学领域实现了质的飞跃，其植物学研究成果占到了全球的 20% 以上，随着国家对于基础科学研究的重视，一大批优秀的成果脱颖而出。本期介绍的这篇论文就是重要代表之一。
中国农业大学武维华院士/王毅教授课题组、李继刚教授课题组和德国明斯特大学 Jörg Kudla 教授课题组合作完成了拟南芥转录因子 MYB59 调控低钾条件下 K+/NO3-转运的分子机制研究。2019 年 2 月，Plant Cell 在线发表了题为「The tranion factor MYB59 regulates K+/NO3-translocation in the Arabidopsis response to low K+stress」的研究论文。该研究揭示了拟南芥转录因子 MYB59 应答养分胁迫环境，并调控钾和氮协同运输的分子机制。同时，Plant Cell 编委还针对该研究内容发表了题为「It's an uphill battle: The MYB59-NPF7.3 regulatory module and its role in nutrient transport」的专评。
钾和氮是植物生长发育所必需的大量元素, 直接影响植物的生长发育以及作物的产量和品质。K+在酶促反应、渗透调节、电荷平衡等方面都起着重要的作用，而 N 则是碳化合物的组成成分，构成了氨基酸、蛋白质、核苷酸等物质。长期的农业生产实践早已证明，按适当比例施用钾肥和氮肥可以显著提高肥料的吸收利用效率。已有的研究报道显示，钾和氮的吸收和转运是协同进行的, 但其分子调控机制仍不明确。
课题组实验室前期研究发现，拟南芥硝酸根转运体 NRT1.5 不仅负责 NO3-从根向冠的转运，同时还影响 K+从根部向冠部的运输过程。因此，NRT1.5 很可能是钾和氮协同运输的重要组分。已有研究表明钾缺乏抑制 NRT1.5 的转录, 说明 NRT1.5 的转录能够响应环境中钾浓度变化，但低钾抑制 NRT1.5 转录的调控机制尚属未知。
本论文工作证明了 MYB59 是 NRT1.5 的正向转录调控因子，低钾可通过抑制 MYB59 的转录及促进 MYB59 蛋白的降解进而抑制 NRT1.5 的转录，最终调节拟南芥中钾和氮的协同转运过程。通过表型筛选获得一个拟南芥低钾敏感突变体 lks3。离子含量测定结果显示，低钾条件下 MYB59 突变体的根部积累了更多的 K+和 NO3-，而冠部的 K+和 NO3-含量降低，说明 MYB59 调控 K+和 NO3-从根向冠的转运过程。实验结果还表明, 低钾处理可以同时抑制 MYB59 及 NRT1.5 的转录水平。而半体内蛋白降解实验结果表明，低钾处理后 MYB59.3 蛋白被快速降解。
本论文研究结果表明，MYB59 是 NRT1.5 的正向转录调节因子。在正常钾条件下，MYB59 促进 NRT1.5 的转录，进而促进拟南芥中 K+和 NO3-从根向冠的协同运输过程。低钾胁迫时，MYB59 的转录水平和蛋白水平均被下调，结果使 NRT1.5 的转录被抑制，K+和 NO3-从根向冠的协同转运也随之受抑。论文研究工作证明了 MYB59 和 NRT1.5 这一转录调控通路在植物响应环境钾亏缺、调控钾/氮协同转运及根冠分配方面有重要作用。
拟南芥通过 MYB59-NPF7.3 调控机制
应答和调节外部 K+/NO3-水平
在该研究论文中，86Rb+ 吸收实验被用来分析 K+的吸收，86Rb+ 同位素作为示踪剂被珀金埃尔默的 MicroBeta 液闪仪定量检测，珀金埃尔默助力中国科学家取得更大成绩。
文章链接
1.http://www.plantcell.org/content/early/2019/02/13/tpc.18.00674
2.http://www.plantcell.org/content/early/2019/02/13/tpc.19.00032
关于珀金埃尔默：
珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有 12500 名专业技术人员，服务于 150 多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018 年，珀金埃尔默年营收达到约 28 亿美元，为标准普尔 500 指数中的一员，纽交所上市代号 1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问 www.perkinelmer.com.cn。
中国农业大学武维华院士/王毅教授课题组、李继刚教授课题组和德国明斯特大学 Jörg Kudla 教授课题组合作完成了拟南芥转录因子 MYB59 调控低钾条件下 K+/NO3-转运的分子机制研究。2019 年 2 月，Plant Cell 在线发表了题为「The tranion factor MYB59 regulates K+/NO3-translocation in the Arabidopsis response to low K+stress」的研究论文。该研究揭示了拟南芥转录因子 MYB59 应答养分胁迫环境，并调控钾和氮协同运输的分子机制。同时，Plant Cell 编委还针对该研究内容发表了题为「It's an uphill battle: The MYB59-NPF7.3 regulatory module and its role in nutrient transport」的专评。
钾和氮是植物生长发育所必需的大量元素, 直接影响植物的生长发育以及作物的产量和品质。K+在酶促反应、渗透调节、电荷平衡等方面都起着重要的作用，而 N 则是碳化合物的组成成分，构成了氨基酸、蛋白质、核苷酸等物质。长期的农业生产实践早已证明，按适当比例施用钾肥和氮肥可以显著提高肥料的吸收利用效率。已有的研究报道显示，钾和氮的吸收和转运是协同进行的, 但其分子调控机制仍不明确。
课题组实验室前期研究发现，拟南芥硝酸根转运体 NRT1.5 不仅负责 NO3-从根向冠的转运，同时还影响 K+从根部向冠部的运输过程。因此，NRT1.5 很可能是钾和氮协同运输的重要组分。已有研究表明钾缺乏抑制 NRT1.5 的转录, 说明 NRT1.5 的转录能够响应环境中钾浓度变化，但低钾抑制 NRT1.5 转录的调控机制尚属未知。
本论文工作证明了 MYB59 是 NRT1.5 的正向转录调控因子，低钾可通过抑制 MYB59 的转录及促进 MYB59 蛋白的降解进而抑制 NRT1.5 的转录，最终调节拟南芥中钾和氮的协同转运过程。通过表型筛选获得一个拟南芥低钾敏感突变体 lks3。离子含量测定结果显示，低钾条件下 MYB59 突变体的根部积累了更多的 K+和 NO3-，而冠部的 K+和 NO3-含量降低，说明 MYB59 调控 K+和 NO3-从根向冠的转运过程。实验结果还表明, 低钾处理可以同时抑制 MYB59 及 NRT1.5 的转录水平。而半体内蛋白降解实验结果表明，低钾处理后 MYB59.3 蛋白被快速降解。
本论文研究结果表明，MYB59 是 NRT1.5 的正向转录调节因子。在正常钾条件下，MYB59 促进 NRT1.5 的转录，进而促进拟南芥中 K+和 NO3-从根向冠的协同运输过程。低钾胁迫时，MYB59 的转录水平和蛋白水平均被下调，结果使 NRT1.5 的转录被抑制，K+和 NO3-从根向冠的协同转运也随之受抑。论文研究工作证明了 MYB59 和 NRT1.5 这一转录调控通路在植物响应环境钾亏缺、调控钾/氮协同转运及根冠分配方面有重要作用。
拟南芥通过 MYB59-NPF7.3 调控机制
应答和调节外部 K+/NO3-水平
在该研究论文中，86Rb+ 吸收实验被用来分析 K+的吸收，86Rb+ 同位素作为示踪剂被珀金埃尔默的 MicroBeta 液闪仪定量检测，珀金埃尔默助力中国科学家取得更大成绩。
文章链接
1.http://www.plantcell.org/content/early/2019/02/13/tpc.18.00674
2.http://www.plantcell.org/content/early/2019/02/13/tpc.19.00032
关于珀金埃尔默：
珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有 12500 名专业技术人员，服务于 150 多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018 年，珀金埃尔默年营收达到约 28 亿美元，为标准普尔 500 指数中的一员，纽交所上市代号 1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问 www.perkinelmer.com.cn。