蛋白開關(guān)賦予植物“生存智慧”之謎揭曉

當植物面對干旱、缺營養(yǎng)的惡劣環(huán)境時，它們會如何自救？筆者8月12日從華南農(nóng)業(yè)大學(xué)獲悉，該校儲成才、胡斌教授科研團隊發(fā)現(xiàn)，植物中的NRT1.1B蛋白就像一個“智能開關(guān)”，能同時感知土壤中氮營養(yǎng)狀態(tài)和逆境信號，根據(jù)環(huán)境變化指揮植物作出最優(yōu)選擇。相關(guān)研究成果8月11日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《細胞》。

脫落酸作為重要的植物激素，堪稱植物界“逆境警報器”。一直以來，科學(xué)家們認為脫落酸主要是在植物細胞內(nèi)被感知的。

“植物根系里有一類NRT蛋白家族，專門負責(zé)‘探測’吸收土壤中的氮元素，其中NRT1.1B是水稻中的‘營養(yǎng)探測器’，能夠直接感知土壤中的氮元素并觸發(fā)應(yīng)答反應(yīng)。”儲成才介紹。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，NRT1.1B可以作為植物逆境激素脫落酸的受體，感知與整合氮元素與脫落酸之間的信號。在低氮環(huán)境下，水稻對生理濃度脫落酸的轉(zhuǎn)錄響應(yīng)十分劇烈；而在高氮環(huán)境下，這種轉(zhuǎn)錄響應(yīng)則受到顯著抑制?！暗偷獥l件下可觸發(fā)更為活躍的脫落酸響應(yīng)，這也暗示植物體內(nèi)存在能夠整合氮營養(yǎng)狀態(tài)和脫落酸信號的分子機制，植物能根據(jù)氮營養(yǎng)的狀態(tài)，調(diào)整對逆境的‘敏感度’。”儲成才說。

研究團隊還發(fā)現(xiàn)，脫落酸可促進NRT1.1B與抑制蛋白在細胞膜上發(fā)生互作，激活核內(nèi)脫落酸轉(zhuǎn)錄響應(yīng)，從而揭示從細胞膜感知到細胞核轉(zhuǎn)錄應(yīng)答的完整脫落酸信號通路。此外，NRT1.1B與脫落酸結(jié)合能力很強，比它結(jié)合氮元素的能力高出1000倍。因此，當環(huán)境中氮元素不足時，NRT1.1B會傾向于結(jié)合脫落酸，進而開啟抗逆境程序。NRT1.1B這一智能開關(guān)可以賦予植物在不同氮營養(yǎng)狀態(tài)下產(chǎn)生靈活的脫落酸應(yīng)答能力，展示出植物整合復(fù)雜環(huán)境信號的精妙調(diào)控策略。

該研究不僅證實了脫落酸膜受體的存在，突破了脫落酸信號感知主要依賴胞內(nèi)受體的傳統(tǒng)認知，更揭示了植物平衡養(yǎng)分利用與抗逆的分子機制，為培育氮高效且抗逆的未來作物提供了理論支撐。