生命学院白明义团队揭示活性氧调控植物硝态氮信号转导机理

发布日期:2021-06-18 字号:  点击次数:

6月15日,生命科学学院白明义课题组在国际著名期刊Plant Cell发表了题为“HBI Transcription Factor-Mediated ROS Homeostasis Regulates Nitrate Signal Transduction”的研究论文,揭示ROS调控植物硝态氮信号转导的分子机制。

活性氧(Reactive oxygen species, ROS)是植物在进行有氧代谢过程中不可避免的副产物,在遭遇逆境胁迫时大量积累,抑制植物生长,所以长期以来ROS被认为是一类毒害分子。近年来的研究发现ROS还可作为信号分子调控植物生长和逆境响应,但ROS如何与体内激素和体外环境信号交叉调控植物环境适应性的分子机理尚不明确。

白明义课题组长期致力于激素和ROS调控植物环境适应性的机制研究,并取得系列重要研究成果(Tian et al., 2018, Nat Commun; Han et al., 2020, Nat Commun; Li et al., 2020, Plant Cell; Wang et al., 2020, Plant Cell)。

白明义课题组前期的研究工作显示,转录因子HBI1(HOMOLOG OF BRASSINOSTEROID ENHANCED EXPRESSION2 INTERACTING WITH IBH1)在植物系统氮信号转导中起着重要功能,能够调控CEPs短肽的表达,来响应植物的系统氮需求信号。在此基础上,研究人员发现HBI1的表达受硝态氮的快速诱导。HBI1的功能丧失抑制了植物对硝态氮的响应,使得大约22%的氮响应基因不再被氮调控,其中包括大量的ROS相关基因。硝态氮处理显著降低植物体内的ROS含量,而在hbi-q突变体中这种降低效果被减弱。硝态氮能够诱导转录因子NLP7的从细胞质中转运到细胞核,调控下游基因表达。H2O2处理抑制了氮诱导的NLP7细胞核定位,并使得超过一半的氮响应基因不再受硝态氮调控。

QQ截图20210618084329.png

HBI-mediated ROS regulate the nitrate signaling pathway in plants

综上所示,ROS通过抑制NLP7从细胞质到细胞核的转运来抑制硝态氮的信号转导,而硝态氮能激活HBI1降低植物体内的ROS含量,解除ROS对NLP7的抑制,促进NLP7进入细胞核调控下游基因表达。该研究工作有助于解析逆境胁迫下硝态氮信号转导的分子机制,并为提高逆境胁迫下的氮吸收利用提供了理论基础和技术保障。

山东大学博士研究生褚晓茜,已出站博士后王家刚(现任山西农业大学教授)为该论文的共同第一作者,白明义教授为该论文的通讯作者。山东大学向凤宁教授,山东省农业科学院李根英研究员和张淑娟副研究员,山东农业大学王勇教授,上海交通大学余祥教授和中国科学技术大学向成斌教授参与了该项研究工作。该研究工作得到国家自然科学基金,山东省良种工程,山东省重大基础研究项目和山东大学青年交叉创新群体项目的支持。

文章链接:

https://doi.org/10.1093/plcell/koab165

【 作者:白明义  来源:生命科学学院   责任编辑:董爱 丁璇 】

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