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TaANR1-TaBG1和TaWabi5-TaNRT2s/NARs介导小麦根ABA代谢和硝酸盐吸收: zhoutianshun 2020-1-27 15:57; TaANR1-TaBG1和TaWabi5-TaNRT2s/NARs介导小麦根ABA代谢和硝酸盐吸收名称： TaANR1-TaBG1 and TaWabi5-TaNRT2s/NARs link ABA metabolism and nitrate acquisition in wheat roots 期刊： Plant Physiology (IF=6.305) 第一作者： Meng Wang 通讯作者：施卫明（ wmshi@issas.ac.cn ）第一单位：中国科学院南京土壤研究所 DOI:10.1104/pp.19.01482 硝酸盐信号途径和 ABA 信号途径的相互作用研究较少，前人研究表明，硝酸盐处理可以诱导拟南芥根尖中 ABA-GE 分解，促进 ABA 积累，且 ABA 可以促进 N 相关性状，上调 NRT2/NAR2 基因的表达。 ABA 和硝酸盐之间的分子调控联系尚不清楚。 1、小麦 NRT2 和 NAR 的全基因组鉴定、进化和时空表达分析 NRT2 和 NAR 在小麦基因组中包含 3 个同源基因，但 TaNRT2.4 在小麦 A 亚基因组中丢失。进化分析表明， TaNRT2.6 和 OsNRT2.4 的同源性最高，均含有一个内含子，但 A\\B\\D 三个亚基因组中的内含子长度由差异。利用前人的转录组数据进行时空表达分析发现， TaNRT2.1, TaNRT2.2, TaNRT2.3, TaNRT2.5, TaNAR2.1 和 TaNAR 2.3 主要在根中表达， TaNRT2.6 主要在叶中表达， TaNAR2.2 主要在根，叶中表达，可能参与根和叶中的双组分吸收系统。 TaNRT2.4 表达较少几乎不能检测， TaNRT2.1 表达在根中的表达量最高。无硝酸盐处理 5d 后，重新供应硝酸盐 2mM （全硝酸盐）和 0.2mM （低硝酸盐） 1d 发现，根中 TaNRT2.1, TaNRT2.2, TaNRT2.3, TaNAR2.1, TaNAR2.2 和 TaNAR2.3 受硝酸盐的再供应诱导，且 2mM 硝酸盐效果更显著。而 TaNRT2.5 受硝酸盐饥饿诱导，硝酸盐供应抑制，表明 TaNRT2.5 是硝酸盐基因诱导基因。 2、 ABA-GE 分解促进小麦根 ABA 积累对硝酸盐诱导的 NRT2/NARs 的影响对 NRT2s 和 NARs 启动子的顺式作用元件分析表明， NRT2 和 NARs 启动子中存在 ABA 响应元件，暗示 ABA 信号调控 NRT2 和 NARs 。 50uM ABA 处理硝酸盐饥饿幼苗可以诱导 NRT2s 和 NARs ，但没有硝酸盐再供应时显著，表明 ABA 可以部分模仿硝酸盐信号。 50uM ABA+0.2uM 硝酸盐处理硝酸盐饥饿幼苗时 NRT2 和 NARs 的表达显著高于 0.2uM 硝酸盐处理硝酸盐饥饿幼苗时 NRT2 和 NARs 的表达，表明 ABA 可以在硝酸盐缺乏时放大硝酸盐信号。 2mM 硝酸盐处理硝酸盐饥饿幼苗时的 ABA 含量高于 0.2uM 硝酸盐处理硝酸盐饥饿幼苗的 ABA 含量，而加 ABA 抑制剂处理时和未用 ABA 抑制剂处理硝酸盐饥饿幼苗时 ABA 含量和 ABA 合成代谢基因（除了 TaBG1 和 TaBG2 ， ABA-GE 分解相关）表达无显著差别，暗示硝酸盐可以诱导 ABA 积累，且与 ABA 重新合成无关。 ABA 重新供后， ABA-GE 含量下降，拟南芥根中 AtBG1 受硝酸盐再供应诱导，且 atbg1-1/2 突变体中 NRTs 和 NARs 被抑制，表明硝酸盐信号诱导的 ABA-GE 分解促进 ABA 积累，且 ABA 可以促进硝酸盐吸收相关基因的表达。 3、 TaANR1 调控硝酸盐诱导的 ABA-GE 分解和 ABA 积累利用 TaBG1 上有约 500 bp 的序列作为诱饵蛋白， Y1H 筛选 cDNA 文库， MADS 型转录因子 TaANR1 可以和 TaBG1 互作。 EMSA 和双荧光素酶实验表明， TaANR1 可以结合到 TaBG1 启动子中的 CArG 顺式作用元件 (C(A/T)8G 或 CC(A/T)6GG) 。 TaANR1-KO 和 TaANR1-RNAi 株系中，硝酸盐诱导的 TaBG1 和 TaNRT2.1 表达量下降，硝酸盐诱导的 ABA 积累减少，而 ABA 处理后， TaBG1 和 TaNRT2.1 表达量上升。表明 TaANR1 是硝酸盐信号转导促进 ABA-GE 分解和 ABA 积累的关键元件，且 ABA 是 TaANR1 介导的硝酸盐途径的下游组分。 4、 TaWabi5 是 NRT2/NARs 受 ABA 介导的硝酸盐诱导的关键 NRT2/NARs 的启动子中由大量 ABREs 基序存在，而 ABFs 能够识别调控 ABREs ，那么 ABFs 是否参与 ABA 介导的硝酸盐诱导？作者鉴定了小麦中的 ABFs ，但只有 TaWabi5 受硝酸盐诱导表达，且在根中高表达。 Y1H ， EMSA 和双荧光素酶实验表明 TaWabi5 能够和 NRT2/NARs 上的 ABREs 基序结合，激活 NRT2/NARs 的转录。 tawabi5 敲除株系中 NRT2/NARs 受硝酸盐诱导被显著抑制， 50uMABA 处理后，抑制作用更明显。这谢谢结果表明 TaWabi5 参与 ABA 介导的 NRT2/NARs 硝酸盐诱导。 5、 ABA 积累影响根硝酸盐内流 15 N 标记实验表明， TaANR1-KO 、 TaANR1-RNAi 和 TaWabi5-KO 株系的硝酸盐内流率低于野生型，表明受 ABA 积累调控的 NRT2/NARs 影响硝酸盐吸收。外施 ABA 可以影响净硝酸盐内流（尤其是根尖成熟区），但不影响硝酸盐外流。总结： 1、 TaNRT2.6 、 AtNRT2.7 和 OsNRT2.4 属于各物种家族中较独特的家族成员 2、硝酸盐供应后的硝酸盐饥饿可以促进 ABA-GE 分解从而促进根尖 ABA 积累（ TaANR1-TaBG1 ），而 ABA 积累反过来又可以促进根中 NRT2s/NARs 的表达，促进硝酸盐吸收（ TaWabi5-NRT2s/NARs ）。 3、硝酸盐缺乏时， ABA-GE 无显著变化，暗示该条件下 ABA 含量的减少和 ABA-GE 含量无直接关系。硝酸盐饥饿时 ABA 含量减少的分子机制需要进一步确认？ 4、 ABA 和硝酸盐共转运蛋白的功能需要进一步鉴定 5、 ABA 信号和 ABA 积累在硝酸盐的吸收中发挥着重要作用。操纵 ABA 含量或 ABA 信号转导是否可以加快重要农作物 NUE 的提高？内源 ABA 含量是否可以作为 NUE 的指标？在肥料中添加产 ABA 的根际微生物或 ABA 类似物是否可以提高硝酸盐的吸收？; 个人分类: 论文阅读日记|3596 次阅读|0 个评论

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