氮是植物需求量最大的矿质营养元素,农业生产中以氮肥为主的化肥投入对提高粮食产量、保障粮食安全起到了至关重要的作用。但是,氮肥的超量施用导致植物氮肥利用效率低下,引起包括温室气体排放、水体富营养化在内的诸多环境问题。由于土壤中氮源的种类及含量高度可变,植物在长期进化过程中形成了响应外界氮素营养条件,且整合自身氮素需求的复杂且精细的信号调控网络。解析这一调控网络,对于提高植物氮素利用效率、减少农业生产中化肥投入,实现农业可持续发展具有重要意义。
中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室储成才研究组长期致力于水稻营养高效吸收利用的分子基础解析及作物的分子设计育种研究,鉴定到硝酸盐转运蛋白NRT1.1B的自然变异是导致水稻籼粳亚群间氮利用效率差异的重要原因 (Hu et al., Nature Genetics, 2015),NRT1.1B的自然变异不仅导致籼稻硝酸盐吸收及转运的增强,同时触发更强的硝酸盐信号反应。进一步研究发现,NRT1.1B在硝酸盐存在的情况下,通过招募泛素连接酶NBIP1,介导细胞质抑制蛋白SPX4的降解,从而释放调控磷信号的核心转录因子PHR2,促进磷吸收;此外,SPX4还可以与硝酸盐信号核心转录因子NLP3互作,SPX4的降解同时促进了NLP3从细胞质向细胞核中穿梭,进而激活硝酸盐应答反应。因此,这一工作不仅揭示了NRT1.1B-SPX4-NLP3组成的硝酸盐信号从细胞膜至细胞核的完整传导过程,还揭示了硝酸盐信号通过NRT1.1B-SPX4实现对硝酸盐应答基因和磷应答基因的协同激活,实现氮磷营养平衡的分子机制 (Hu et al., Nature Plants, 2019)。
近日,储成才研究员受邀在Current Opinion in Plant Biology撰写题为“Towards understanding the hierarchical nitrogen signalling network in plants”的综述文章 (DOI:10.1016/j.pbi.2020.03.006),对以NRT1.1-NLP为核心的硝酸盐信号通路、采用系统生物学方法解析植物氮信号调控网络,以及系统性氮信号的研究进展进行了总结(图 1),对植物中不同层级的氮信号调控进行了系统深入的探讨,并提出了未来植物氮信号网络研究中的重要研究方向。储成才研究组已毕业博士生张志华为该论文第一作者,青年研究员胡斌共同参与论文撰写。该论文得到了国家自然科学基金和广东省基础研究重大项目的资助。
图:植物中不同层级氮信号调控网络示意图。
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
储成才研究员应邀在Current Opinion in Plant Biology撰写植物氮信号调控网络综述文章
本站小编 Free考研/2020-05-26
相关话题/信号 植物
周俭民研究组发现特异靶向病原细菌致病力的植物天然产物并阐明其作用的分子机制
当植物受到病原微生物侵染时,植物会释放大量的次生代谢物抑制病原、保护自己。以前对植物抗菌代谢物活性的认知主要基于多数抗菌代谢物在体外具有杀菌或抑菌的活性,但不加选择得杀灭病原微生物和有益微生物显然不利于植物的正常生长。 2020年4月8日,中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民组、北京大学雷晓光组 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研 2020-05-26高彩霞研究组建立植物基因组引导编辑技术体系“Plant Prime Editing”
基因组编辑技术可以定向修饰植物基因组,从而大大加速植物育种的进程,是实现作物精准育种的重要技术突破。然而,作物的许多重要农艺性状是由基因组中的单个或少数核苷酸的改变或突变造成的。基于CRISPR/Cas系统的基因组编辑,可利用外源修复模板通过同源重组介导的修复方式(HDR)实现目标基因特定核苷酸的改 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研 2020-05-26田志喜研究组在《分子植物》撰写关于“大豆绿色革命”的观点文章
“绿色革命”是近代史上最重要的农业历史事件之一。得益于“绿色革命”,水稻、小麦、玉米单产发生了质的提高。大豆是世界重要的粮食和油料作物,同时也是人类植物蛋白及畜牧业饲料蛋白的主要来源。随着世界人口增加和饮食结构的改变,全球对大豆的需求逐年增加,提高大豆生产能力是世界的需求。在过去的60年里,大豆平均 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研 2020-05-26杨维才研究组发现转录抑制机制决定被子植物中央细胞命运
被子植物是当今植物界中、种类最多、分布最广、适应性最强的类群。有别于其它植物类群,被子植物进化出了独特的双受精生殖模式,即雄配子体花粉中的两个精细胞分别与雌配子体内部的卵细胞和中央细胞融合,并进一步发育成胚和胚乳。被子植物双受精机制的出现导致了胚乳的产生,能够为新生的胚提供必要的养分从而确保胚的正常 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研 2020-05-26傅向东研究组在赤霉素信号传导新机制提高水稻氮肥利用效率研究上取得重要进展
上世纪60年代,以矮化育种为标志的“绿色革命”使水稻和小麦具有耐高肥、抗倒伏和高产的优良特性,但同时也存在氮肥利用效率低的缺点,其产量增加对化肥的依赖性高。持续大量的氮肥投入不仅增加种植成本,还导致环境污染。农业农村部公布2019年我国三大粮食作物的化肥利用率为39.2%,远低于世界平均水平,更远低 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研 2020-05-26韩方普研究组在植物着丝粒研究取得重要进展
基因组测序及解析以及新技术的广泛应用,让人们继续探索着丝粒和端粒等染色体上高度重复区域在生命活动中的新功能。植物着丝粒含有丰富的重复序列,如串联重复序列(Satellite)和反转座子(Retrotransposon),参与基因组空间构象和细胞分裂等重要的生物学功能。然而不同物种双着丝粒染色体和新着 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研 2020-05-26韩方普研究组在植物减数分裂着丝粒配对研究领域取得新进展
减数分裂是真核生物配子形成过程中一种特殊的细胞分裂方式,是生殖细胞产生的前提。同源染色体之间正确的识别、配对是减数分裂过程中染色体相互作用的开始,对于后续染色体的正确分离至关重要。目前,同源染色体相互精确识别并完成配对的过程和分子机理尚不十分清楚。 中国科学院遗传与发育生物学研究所韩方普研究组长期 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研 2020-05-26储成才研究组在水稻油菜素内酯信号调控机制研究上取得新进展
油菜素内酯 (简称BR) 是一类重要的植物激素,调控着水稻株高、叶夹角、籽粒大小等诸多重要农艺性状。近年来,BR信号传导研究进展迅速,但其精细调控机制还不清楚。 中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室储成才研究组和中国农业科学院作物科学研究所童红宁研究组长期合作致力于BR调控水 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研 2020-05-26谢旗研究组发表“植物内质网相关蛋白质降解(ERAD)机制”的重要综述
植物在整个生活史中面临多种非生物和生物胁迫,一直以来科学家对于植物如何响应环境胁迫并协调生长发育和胁迫响应之间的关系进行着系统而深入的研究。蛋白质泛素化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰,主要通过影响蛋白稳定性、活性、亚细胞定位及蛋白之间的相互作用等在植物生长发育和适应各种环境的过程中发挥重要功能。 ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研 2020-05-26高彩霞研究组发表文章详细介绍基因组编辑调控植物内源基因翻译效率的实验流程
上游开放阅读框uORF广泛存在于动植物基因的5’非翻译区,通常能够抑制下游主开放阅读框pORF的翻译。高彩霞研究组率先利用CRISPR/Cas9技术对uORF进行编辑,发现能够显著提高目标基因的翻译效率,建立了利用基因组编辑调控内源基因蛋白质翻译效率的新方法,相关成果于2018年发表在Nature ...中科院遗传与发育生物学研究所 本站小编 Free考研 2020-05-26