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中国农业大学资源与环境学院李学贤课题组在《植物细胞》发文
揭示玉米根系响应低氮的分子机制


发布日期: 2024- 07- 04 信息来源: 中国农业大学资源与环境学院 字体:[ ]

在异质性土壤环境中,根系通过调整其形态以利于养分获取。低氮条件下,植物通常通过增加根系生物量和根系长度来响应土壤环境,但其分子机理有待深入研究。《植物细胞》(The Plant Cell)近日发表了中国农业大学资源与环境学院李学贤课题组研究论文《NIN-like Protein 3.2抑制阻遏子Aux/IAA14的表达并提高低氮条件玉米幼苗的根系生物量》(NIN-LIKE PROTEIN3.2 inhibits repressor Aux/IAA14 expression and enhances root biomass in maize seedlings under low nitrogen),揭示了ZmNLP3.2–ZmARF19–ZmAux/IAA14分子模块在低氮条件调控玉米根系生物量的分子机理。

该研究以低氮条件下根系生物量为表型指标,对来自热带、亚热带、温带306份玉米自交系进行GWAS分析,并通过候选基因单倍型以及转基因株系表型分析,揭示了氮信号中心转录因子ZmNLP3.2正向调控根系生物量,其中单倍型HAP1具有高ZmNLP3.2表达量和根系生物量,单倍型HAP2则相反。生长素信号途径显著影响植物根系生长和发育,为进一步揭示ZmNLP3.2调控玉米根系生物量的分子机理,该研究通过ZmNLP3.2转基因株系发现,在根系中,ZmNLP3.2抑制生长素信号抑制因子ZmAux/IAA14的表达;ZmAux/IAA14转基因株系根系表型证实,ZmAux/IAA14抑制根生物量积累。进一步的体内外生化试验表明,生长素信号转录激活因子ZmARF19结合并促进ZmAux/IAA14的表达,ZmNLP3.2则通过与ZmARF19蛋白互作而干扰ZmARF19对ZmAux/IAA14的转录激活作用。通过病毒介导基因沉默方法构建双突变体,表明zmnlp3.2 ZmAux/IAA14-OE株系在低氮条件下具有比ZmAux/IAA14-OE株系更小的根。综上所述,该研究揭示了ZmNLP3.2–ZmARF19–ZmAux/IAA14分子模块在低氮条件调控玉米根系生长:ZmNLP3.2通过与ZmARF19蛋白互作抑制ZmAux/IAA14的表达而促进根生长;单倍型HAP1具有更高的ZmNLP3.2表达水平,使得根系较大。

中国农业大学资源与环境学院已毕业博士生王瑞丰为文章第一作者,李学贤教授为通讯作者。该研究获国家重点研发计划(2021YFF1000500)和国家自然科学基金项目(31972491)的资助。中国农业大学玉米中心赖锦盛教授、辛蓓蓓副教授,生物学院陈丽梅教授、王毅教授,资源与环境学院袁力行教授、陈范骏教授参与了本项研究工作,并提供了玉米自然群体及相关转基因材料。

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