2024年3月14日，云南大学生命科学学院武旭娜课题组联合德国霍恩海姆大学Waltraud Schulze教授课题组在国际著名学术期刊Current Biology上在线发表了题为“Transceptor NRT1.1 and receptor-kinase QSK1 complex controls PM H+-ATPase activity under low nitrate”的研究论文 (https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.02.066)。该成果在领域内首次揭示了植物受体激酶在NRT1.1介导的中低硝酸盐（LN）信号转导中的功能以及NRT1.1介导的侧根生长与质子泵PM ATPase AHA2的活性有关。

氮是植物需求量最大的营养元素之一，提高植物对硝酸盐的利用效率对提高农业生产至关重要。土壤中的氮主要以硝酸盐的形式存在，硝酸盐作为信号分子，在植物生长发育、基因表达以及代谢中有不可替代的作用。NRT1.1既是硝酸盐的转运蛋白，也是硝酸盐的受体。在硝酸盐的结合、感应、信号转导中起着重要作用。然而，过去少有研究阐明细胞膜蛋白是如何参与NRT1.1介导的硝酸盐信号转导，分子机制如何？

在中低硝酸盐缺乏（LN）的情况下，植物会促进侧根伸长进行“N觅食”。严重的硝酸盐缺乏会抑制主根和侧根的伸长，而在高硝酸盐（HN）条件下，由于资源充足，侧根的生长受到抑制，这是植物的一种“生存策略”。而NRT1.1在硝酸盐依赖的侧根形态建成中同样具有重要作用。有研究表明NRT1.1在低硝酸盐条件下通过转运生长素抑制侧根的生长。细胞膜上的质子泵PM ATPase 可将H+从细胞内泵到质外体，增加质外体的酸性，使细胞壁松弛，促进细胞膨胀进而促进根的伸长。然而，未有报道关于NRT1.1在LN条件下介导的侧根生长抑制是否与质子泵的活性有关。

过去关于硝酸盐信号的研究多集中在基因转录水平的调控。然而，近年来越来越多的研究发现，硝酸盐的吸收、信号以及代谢受到蛋白质翻译后修饰的调控。为了探寻参与硝酸盐感受器NRT1.1介导的信号转导的膜组分（细胞膜定位的蛋白），研究人员系统地研究了拟南芥野生型和nrt1.1-1突变体在LN和HN诱导下的膜蛋白磷酸化蛋白质组，结果显示NRT1.1仅在LN下对大量膜蛋白的磷酸化有明显的促进作用。其中包括受体激酶QSK1的S621S626位点和质子泵AHA2的两个磷酸化位点T947（激活位点）及S899（抑制位点）。通过生理生化、分子生物学、遗传学、细胞生物学等一系列实验，最终证明了受体激酶QSK1是一个分子桥梁，将NRT1.1与AHA2连接起来。LN与NRT1.1的结合，对NRT1.1-QSK1-AHA2复合体的形成至关重要。NRT1.1在LN下促进QSK1S621S626的磷酸化，磷酸化的QSK1通过与AHA2的互作，将LN信号转导到质子泵AHA2并特异性的磷酸化其S899位点，抑制质子泵的活性，质外体的酸性以及侧根的生长。

云南大学为论文第一完成单位，云南大学博士生朱喆，Dr. Leonard Krall以及霍恩海姆大学的李智博士、郗琳博士为该论文的共同第一作者，云南大学武旭娜研究员，Dr. Leonard Krall, 德国霍恩海姆大学Waltraud X. Schulze教授为通讯作者，中国农业大学的张敬波教授、云南大学的刘军钟研究员、北京师范大学的王婷副教授、德国霍恩海姆大学Dr. Benjamin Neuhäuser以及法国蒙彼利埃大学Dr. Laurence Lejay等参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金、云南省科技厅研究项目等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.02.066

供稿：生命科学学院

编辑：李哲 责任编辑：王崴