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晋鹏版主 (知名作家)
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[优秀文章推荐] Nature：揭示植物营养生长调节网络中枢的硝酸盐偶联Ca2 +信号传导机制 已有2人参与
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近日，Nature 在线发表福建农林大学刘坤祥教授题为“Discovery of nitrate–CPK–NLP signalling in central nutrient–growth networks”研究论文，揭示了植物营养生长调节网络中枢的硝酸盐偶联Ca2 +信号传导机制。 在基础生物学研究领域，一个最重要的和需要解决的问题是生物体如何协调和传递各种大量的内源营养信号和外界生物胁迫以及非生物胁迫信号，从而精确控制生物体自身的生长和发育。这些营养信号能整合和协调基因表达，代谢和生长，然而关于它们在动物和植物中的主要分子机制，科学家们了解的还很少。 氮是植物正常生长和发育所需的重要营养素。在有氧条件下生长的大多数植物以硝酸盐的形式吸收氮。硝酸盐不仅作为一种营养物质，而且还是一种重要的信号分子。转录组分析表明，在硝酸盐处理后3小时内，有超过1000个基因的表达发生了改变。在这些基因当中，与硝态氮转运和硝酸盐同化相关的基因，以及硝酸盐和亚硝酸盐还原酶的编码基因，都快速减少。此外，控制碳代谢、为还原和同化提供化学能所必需的一些基因，也被诱导。硝酸盐信号也影响着根系生长、发育和体系结构、种子休眠和叶片发育。 Nitrate triggers unique Ca2+-CPK signalling 为了确定硝酸盐信号传导的主要机制，在这篇文章中，研究人员研发了一种整合种子和以细胞为基础的分析方法，以及通用的单细胞分析系统，由此报道了一种独特的，由硝酸盐启动的钙离子信号。研究证明了这种硝酸盐引导的钙离子信号在不同组织和器官的多种细胞类型中扮演了重要角色。 Chemical genetic analyses of CPK10, CPK30 and CPK32 该论文研究人员通过硝酸盐敏化实验及靶向功能基因组筛选的方法证明Ca2+-sensor protein kinases（CKPs）作为主要的调节因子参与硝酸盐的应答，并利用化学方法成功回避了CPK基因突变体致死而无法研究表型的问题，研究结果表明，Nitrate-coupled CPK signalling phosphorylates conserved NIN-LIKEPROTEIN（NLP）转录因子参与调控下游转运蛋白，氮同化，碳/氮代谢，氧化还原，信号，激素和增殖等过程。而且，cpk10，cpk30，cpk32和nlp7突变体均影响根的形态建成。该研究不仅揭示植物营养生长调节网络中枢硝酸盐偶联的Ca2 +信号传导机制，还为未来的研究提供了一个新的分子框架，为分析氮和糖信号通路之间的复杂相互作用在植物和动物营养介导的生长调节提供有力的支持。 Dynamic Nitrate–CPK signalling orchestrates development of shoots and roots 该研究报道了第三亚群钙离子依赖蛋白激脢（Group III Calcium dependent protein kinase）参与硝态氮信号转导。利用最新的超敏感钙离子感受蛋白（GCaMP6S）系统，发现植物细胞能感知硝酸盐并诱导钙离子浓度变化。利用无硝酸盐拟南芥叶肉细胞原生质体系统，发现第三亚群钙离子依赖蛋白激酶可感知硝酸盐诱导的钙离子浓度变化；这种浓度变化能负反馈调节钙离子依赖蛋白激酶活性。在植物中，许多重要基因一但缺失就会造成胚胎致死；在研究钙离子依赖蛋白激酶介导的硝态氮信号转导过程中，也因为功能缺失突变体造成胚胎致死，导致很多揭示基因功能的生理生化实验无法开展。该研究首次利用化学遗传学方法成功的发现一个保守的氨基酸(Gatekeeper residue)突变的钙离子依赖蛋白激酶，该突变能维持其生理功能而不造成致死表型；研究证明了第三亚群钙离子依赖蛋白激酶在硝态氮信号转导中扮演了重要的角色。此外，该研究还揭示了参与硝态氮信号转导的转录因子NLP7可被钙离子依赖蛋白激酶磷酸化，进而影响根系发育以及叶片生长。 Nitrate–CPK–NLP signalling is crucial in nutrient–growth networks |
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