是否有结节? 硝酸盐如何调控豆科植物的基因表达

【字体: 时间:2021年04月12日 来源:The Plant Cell

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  来自筑波大学的研究人员发现了硝酸盐是如何通过对日本莲花共生基因的正向和负向调控来控制结核的形成的。研究表明,在硝酸盐诱导的根结瘤控制中,蛋白质介导的共生基因表达的正或负调控背后是两种类结瘤蛋白之间不同的dna结合特异性。这一基因表达机制此前人们对其知之甚少,但它对结瘤植物的整体资源分配管理极为重要。

  

 

   

图片:当环境中含有大量的氮元素,如硝酸盐时,豆类可以阻止根瘤的形成。箭头表示根瘤。比例尺:1mm。

资料来源:筑波大学

日本筑波——豆科植物(豆科植物)在根部形成结节以吸收氮。当氮充足时,豆科植物会停止结瘤(图1),但硝酸盐是如何在这些植物中控制结瘤的形成一直是一个谜。目前,日本的研究人员发现,蛋白质和硝酸盐之间的相互作用可以诱导和抑制基因,控制结核,在可持续农业中具有潜在的应用前景。

在4月份发表的一项研究植物细胞,筑波大学的研究小组已经表明,蛋白质之间的不同的dna结合特性建立根瘤发展确定基因参与共生管理有节打开或关闭,这是nitrate-induced基因表达。

到目前为止,对于决定豆科植物如何在硝酸盐过量的情况下阻止结瘤的分子活性的认识还不完全。以前的研究发现转录因子(帮助打开或关闭特定基因的蛋白质)与结节的形成有关,但这只是部分原因。

该研究的资深作者Takuya Suzaki教授说:“基于之前对参与结节形成的蛋白质转录因子(NLPs)的鉴定,我们试图回答硝酸盐是如何控制促进结节形成的共生基因表达的问题。”“我们测试了特定的NLPs,发现它们有重叠的功能,导致硝酸盐诱导的结节控制。”

为了检验这些分子间的相互作用,研究人员利用来自日本莲花的蛋白质分析了RNA分子和植物性状。他们发现一些蛋白质具有双重功能,充当依赖硝酸盐的基因表达的主调节因子。他们还发现了新的蛋白质结合位点,并将其与之前已知的位点进行了比较。他们的发现揭示了nlp调控抑制硝酸盐结瘤的共生基因转录的基本原理。

研究小组还强调了其他一些问题。一些NLPs在硝酸盐作用下存在于细胞核中,阻止了结节的产生,而另一些则不受硝酸盐水平的影响而不断聚集在细胞核中。对于后者,目前还不清楚它们是如何在硝酸盐存在时起作用的。NLPs在细胞中的位置很重要,因为翻译(RNA编码成蛋白质)发生在细胞质中。如果蛋白质的变化发生在遗传密码被读懂之后(翻译后修饰),这就可以解释这些NLPs是如何接触蛋白-蛋白相互作用并调控基因的。

Suzaki教授解释说:“转录因子如何影响基因表达一直是理解植物转录调控这个谜题的缺失部分。”“我们的发现让我们更接近于了解在这些复杂的分子关系中可能发生的事情,但还有很多事情需要解开。”未来的研究应致力于回答其他NLPs和其他感兴趣的植物物种如何调控结瘤的问题。”

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Different DNA-binding Specificities of NLP and NIN Transcription Factors Underlie Nitrate-Induced Control of Root Nodulation

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