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4月8日，某研究所将NMT技术应用于钙信号研究，测试样品为小麦，测试指标为Ca2+，在旭月研究院完成实验。| 5月9号，某研究院将NMT技术应用于逆境生理领域，测试样品为黄瓜幼苗，测试指标为NO3-、NH4+，在旭月研究院完成实验。| 6月2号，某研究院将NMT技术应用于逆境胁迫领域，测试样品为棉花苗，测试指标为Ca2+、H+、K+、Na+、IAA，在旭月研究院完成实验。| 6月5号，某研究院将NMT技术应用于植物逆境领域，测试样品为苜蓿，测试指标为K+，在旭月研究院完成实验。| 6月9号，某研究所将NMT技术应用于水稻逆境领域，测试样品为水稻，测试指标为Na+、Ca2+，在中国科学院植物研究所完成实验。| 6月11号，某研究院将NMT技术应用于植物抗逆领域，测试样品为酵母细胞，测试指标为IAA，在旭月研究院完成实验。| 6月16号，某高校将NMT技术应用于昆虫研究，测试样品为昆虫，测试指标为Ca2+、K+，在旭月研究院完成实验。| 6月19号，某研究院将NMT技术应用于植物抗逆领域，测试样品为拟南芥，测试指标为Ca2+，在旭月研究院完成实验。|

JIPB西农王存：NMT发现ABA会抑制硝酸根内流负调控植物硝酸盐吸收

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NMT作为生命科学底层核心技术，是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年，NMT已扎根中国15年。2020年，中国NMT销往瑞士苏黎世大学，正式打开欧洲市场。

感谢本文一作西农生科院苏行博士校稿

 

基本信息

主题：NMT发现ABA会抑制硝酸根内流负调控植物硝酸盐吸收

期刊：Journal of Integrative Plant Biology

影响因子：4.885

研究使用平台：NMT植物营养创新平台

标题：Abscisic acid signaling negatively regulates nitrate uptake via phosphorylation of NRT1.1 by SnRK2s in Arabidopsis

作者：西北农林科技大学王存、苏行

 

检测离子/分子指标

NO3-

 

检测样品

拟南芥根

 

 

中文摘要（谷歌机翻）

氮（N）是植物生长和生产力的限制性养分。植物激素脱落酸(ABA)被认为在波动的氮环境中对硝酸盐的吸收起着重要作用。然而，ABA参与N缺乏反应的分子机制在很大程度上是未知的。在这项研究中，我们证明ABA信号传导元件，特别是三个亚类IIISUCROSE NON-FERMENTING1(SNF1)-RELATED PROTEINKINASE 2S（SnRK2）蛋白，在拟南芥N缺乏条件下的根部觅食和对硝酸盐的摄取中起着作用。Snrk2.2snrk2.3snrk2.6三倍突变体在硝酸盐缺乏的情况下，与野生型植株相比，长出了更长的主根，并有更高的硝酸盐流入和积累速率。SnRK2.2/2.3/2.6蛋白在体外和体内与硝酸盐转导受体NITRATE TRANSPORTER1.1（NRT1.1）相互作用并使其磷酸化。SnRK2s对NRT1.1的磷酸化导致硝酸盐摄取量显著减少，并损害了根的生长。此外，我们还发现NRT1.1Ser585是一个以前未知的功能位点：磷酸化的NRT1.1S585D在低亲和力和高亲和力运输活动中都受到损害。综上所述，我们的研究结果为我们提供了关于植物在N缺乏的情况下如何通过ABA信号传递微调生长的新见解。

 

 

离子/分子流实验处理

4日龄拟南芥幼苗0.01 mM NO3-培养4 d

 

 

离子/分子流实验结果

为了研究snrk2.2snrk2.3snrk2.6突变体的长根是否是由于氮吸收增加所致，研究通过检测根表面的NO3-流速来分析NO3-的内流情况。首先，将在1/2 MS培养基上4日龄幼苗转移到有0.01 mM NO3-的无N培养基上。处理4 d后，采用非损伤微测技术（NMT）对幼苗根表面的硝酸盐流速进行分析。使用NRT1.1缺失突变体chl1-5作为研究的实验对照，该突变体的硝酸盐吸收被抑制。在缺氮条件下，snrk2.2snrk2.3snrk2.6突变体的硝酸盐内流速率明显高于野生型，而chl1-5突变体的硝酸盐内流速率要低得多（图1C, D）。为了研究ABA在缺氮条件下是否影响硝酸盐内流，研究使用10 μM ABA处理的WT，chl1-5和snrk2.2snrk2.3snrk2.6幼苗进行了硝酸盐流速分析。ABA抑制了野生型和chl1-5突变体中硝酸盐的内流，而在snrk2.2snrk2.3snrk2.6突变体中没有发现类似情况（图1C, D）。这些结果表明，在缺氮条件下，ABA通过SnRK2.2/2.3/2.6负调控硝酸盐的吸收。

 

图1. 硝酸盐在拟南芥根尖表面的内流情况

 

    此外，NRT1.1S585D /chl1-5株系的硝酸盐内流速率与chl1-5突变体相似，显著低于WT、NRT1.1/chl1-5和NRT1.1S585A /chl1-5植株（图2D，E）。

图2. 硝酸盐在拟南芥根尖表面的内流情况

 

 

 

其他实验结果

  • ABA信号在拟南芥对缺氮的响应中起负调节作用。

  • SnRK2.2/2.3/2.6在拟南芥响应缺氮时发挥冗余功能（function redundantly）。

  • 在缺氮条件下，ABA通过SnRK2.2/2.3/2.6负调控硝酸盐的吸收。

  • SnRK2s在体内外均与NRT1.1相互作用。

  • SnRK2.6/OST1磷酸化NRT1.1的NT和CT（28-amino-acid-long N-terminal和27-amino-acid-long C-terminal）胞浆部分，Ser8和Ser585是体外关键的磷酸化位点。

  • SnRK2.6/OST1抑制NRT1.1的低亲和力和高亲和力硝酸盐吸收活性。

  • SnRK2.6/OST1磷酸化抑制了NRT1.1的硝酸盐转运活性，Ser585可能是一个功能位点。

  • SnRK2s以ABA依赖的方式磷酸化NRT1.1。

  • chl1-5突变体和NRT1.1S585D/chl1-5株系对ABA较为不敏感。

  • SnRK2介导的磷酸化可能影响NRT1.1的转运活性，而不是其定位或蛋白质稳定性。

 

 

 

结论

研究认为SnRK2.2/2.3/2.6通过磷酸化负调控NRT1.1的活性，从而改变NRT1.1的硝酸盐转运活性和缺氮条件下的根系觅食（root foraging）。当环境中的硝酸盐足够时，NRT1.1会显示出强大的硝酸盐转运活性，以满足氮的需求。然而，在氮有限的情况下，CBL1/9-CIPK23复合物主要在Thr101处的磷酸化NRT1.1，促进NRT1.1从低亲和力向高亲和力硝酸盐转运体过渡，从而增强氮的吸收。随后，SnRK2s主要在Ser585处磷酸化NRT1.1，从而降低其硝酸盐转运活性（图3）。这种机制避免了过量的硝酸盐吸收，以平衡N胁迫响应对生长响应的影响。

图3. ABA信号在硝酸盐缺乏调控中的作用的作用模型

 

 

 

测试液

0.1 mM KNO3, 0.1mM CaCl2, 0.3 mM MES, pH 6.0

 

 

仪器采购信息

  • 据中关村NMT产业联盟了解，西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室于2019年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统，采购方式为单一来源。
  • 西北农林科技大学丨非损伤应用培训

 

 

文章原文：https://doi.org/10.1111/jipb.13057

 

2019版《NMT论文集》已出版

 

关键词：缺氮；脱落酸；SnRK2.2/2.3/2.6；NRT1.1