遺傳發育所揭示植物長距離信號傳導和碳-氮平衡調控新機制

2020-12-20 中國科學院

遺傳發育所揭示植物長距離信號傳導和碳-氮平衡調控新機制

2016-02-14 遺傳與發育生物學研究所

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  植物地上部通過光合作用固定碳源的過程與根系從土壤中攝取水分和養分的過程二者之間既相互促進、相互依賴,又相互矛盾、相互制約,以達到整體的協調與平衡,進而維持植物的生長發育,所以「樹大根深,根深葉茂」。然而,人們對於植物如何實現地上部與根系之間協調的分子調控機制還不是十分清楚。

  中國科學院遺傳與發育生物學研究所傅向東課題組研究發現,擬南芥光信號途徑的bZIP轉錄因子——HY5蛋白能夠從植物地上部長距離移動至根系,自激活根系HY5基因表達,同時激活高親和性硝酸根轉運蛋白基因NRT2.1的表達,進而促進根系生長和氮吸收。進一步研究發現,地上部HY5通過增強TPS1SWEETs等基因的表達,既促進了光合固碳又促進了光合產物從地上部運輸到根系;而運輸到根系的光合產物增強了HY5蛋白激活根系NRT2.1表達和氮吸收,進而維持植物碳-氮平衡。研究還發現,植物根系生長發育和氮吸收利用是受光強調控的,長距離移動的HY5蛋白整合了碳、氮代謝信號以維持植物整體在可變光照環境下的碳-氮動態平衡,保證植物生長發育的可塑性和環境適應性。該項研究揭示了植物地上部和根系間遠程協調生長發育和碳-氮平衡調控的分子機制,為提高農作物氮肥利用效率提供了一種新策略。

  該項研究成果於211日在線發表在Current Biology 雜誌上,傅向東課題組陳祥彬為該論文的第一作者。該研究得到國家「973」計劃和國家自然科學基金委項目的資助。

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長距離運輸HY5蛋白在維持植物碳-氮平衡和適應可變光環境中的作用模式圖 

  植物地上部通過光合作用固定碳源的過程與根系從土壤中攝取水分和養分的過程二者之間既相互促進、相互依賴,又相互矛盾、相互制約,以達到整體的協調與平衡,進而維持植物的生長發育,所以「樹大根深,根深葉茂」。然而,人們對於植物如何實現地上部與根系之間協調的分子調控機制還不是十分清楚。
  中國科學院遺傳與發育生物學研究所傅向東課題組研究發現,擬南芥光信號途徑的bZIP轉錄因子——HY5蛋白能夠從植物地上部長距離移動至根系,自激活根系HY5基因表達,同時激活高親和性硝酸根轉運蛋白基因NRT2.1的表達,進而促進根系生長和氮吸收。進一步研究發現,地上部HY5通過增強TPS1、SWEETs等基因的表達,既促進了光合固碳又促進了光合產物從地上部運輸到根系;而運輸到根系的光合產物增強了HY5蛋白激活根系NRT2.1表達和氮吸收,進而維持植物碳-氮平衡。研究還發現,植物根系生長發育和氮吸收利用是受光強調控的,長距離移動的HY5蛋白整合了碳、氮代謝信號以維持植物整體在可變光照環境下的碳-氮動態平衡,保證植物生長發育的可塑性和環境適應性。該項研究揭示了植物地上部和根系間遠程協調生長發育和碳-氮平衡調控的分子機制,為提高農作物氮肥利用效率提供了一種新策略。
  該項研究成果於2月11日在線發表在Current Biology 雜誌上,傅向東課題組陳祥彬為該論文的第一作者。該研究得到國家「973」計劃和國家自然科學基金委項目的資助。
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長距離運輸HY5蛋白在維持植物碳-氮平衡和適應可變光環境中的作用模式圖 

列印 責任編輯:葉瑞優

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