NPF蛋白转运吲哚-3-丁酸参与根系向重力性响应学术资讯

来源：BioArt植物

生长素是植物体内重要的植物激素，其通过调节细胞分裂、伸长和分化过程，在植物生长发育以及环境适应中发挥关键作用。植物内源生长素的浓度一方面取决于其生物合成和降解之间的平衡，另一方面则与植物激素或相关化合物的特定转运系统有关。作为最主要的天然生长素，吲哚-3-乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）可以由色氨酸通过吲哚-3-丙酮酸途径合成或者通过以吲哚-3-丁酸（Indole-3-butyric acid，IBA）作为前体的途径合成【1,2】。此外，对生长素转运相关过程的研究发现，NPF（NITRATE TRANSPORTER 1/PEPTIDE TRANSPORTER FAMILY）蛋白家族的NPF6.3及NPF5.12在IAA或IBA的转运中发挥作用【3】。但是目前关于NPF蛋白在生长素转运中的功能仍知之甚少。

近日，日本理化研究所可持续资源科学中心（RIKEN Center for Sustainable Resource Science）的Mitsunori Seo课题组在PNAS在线发表了一篇题为The Arabidopsis NRT1/PTR FAMILY protein NPF7.3/NRT1.5 is an indole-3-butyric acid transporter involved in root gravitropism的研究论文，揭示了NPF7.3在IBA转运及根系的向重力性反应中的作用。该研究首先对NPF蛋白家族成员表达模式及生理功能进行分析，发现NPF7.3的表达受到环境胁迫和IAA的影响，因此其可能是影响生长素转运的关键因子。除了之前已经报道的双向硝酸盐转运以及质子/钾离子反向转运蛋白功能【4】，该研究还发现npf7.3突变株系的根系呈现波浪形，暗示NPF7.3可能与根系的向重力性有关。进一步研究发现，npf7.3突变株系的向重力响应较差，而通过自身启动子驱动表达NPF7.3则可以恢复突变株中根系向重力性响应（图1）。以上表明NPF7.3在植物的向重力性反应中发挥作用。图1. Wavy root growth and altered root gravitropism observed in npf7.3

在此基础上，该研究假设NPF7.3以某种特定方式调节生长素应答。通过体外试验，该研究发现NPF7.3过表达会积累了大量的IAA以及更高水平的IBA，动力学分析结果也表明IBA比IAA更优先转运到过表达NPF7.3的细胞中。相似的，内源激素测定结果显示，npf7.3根中的IBA水平显著降低而IAA水平变化不显著。上述研究表明NPF7.3可能作用于IBA的转运。

有趣的是，通过外源补充IAA可以部分恢复npf7.3的向重力性响应以及生长素的不对称分布，但是IBA的施用并未引起显著变化（图2）。而对NPF7.3的表达模式分析表明，NPF7.3主要在发生IBA向IAA转化的中柱鞘细胞以及根尖区域表达。以上充分表明NPF7.3主要发挥将IBA转运至细胞的能力。图2. Effects of IBA and IAA on root gravitropism of npf7.3