生长素运输载体PIN2通过感知不同N源调控植物根的生长学术资讯

来源：植物生物学

2021年1月5日，西班牙马德里理工大学和奥地利科学技术研究所等科研人员在国际著名期刊The EMBO journal发表题为“Modulation of plant root growth by nitrogen source‐defined regulation ofpolar auxin transport”的研究论文，揭示了生长素运输载体PIN2的磷酸化可以通过感知不同的N源，进而调控生长素的分布，影响根的生长。

研究背景

植物生长需要大量元素氮，后者在植物的生长发育和农业生产力等方面发挥着重要作用。植物根系结构的生长调控，包括初生根的生长和侧根的形成，是植物确保自身能够吸收足够氮的重要策略。但是，植物在响应不同氮源（例如硝酸盐或铵盐）的分子途径中，如何协调根系生长目前了解甚少。

主要研究结果

1. 在本研究中，为了探究拟南芥主根是如何响应不同形式的N源，研究者将拟南芥幼苗培养至只含有NH4+的培养基中，5天后，移至含有NH4+或NO3-的培养基中，进行表型观察。结果显示：生长在NO3-培养基中的幼苗根更长一些。

2. 接下来，研究者进行了实时的垂直共聚焦成像，以捕捉NH4+被NO3-取代后的最早期的根的响应过程。研究者发现，在NH4+供给的根中，表皮分生组织活性的局部衰减导致表皮细胞比皮层更早地向伸长过渡，从而导致相邻组织的不同步伸长。替换的NO3-导致了伸长区细胞的伸长，根系的快速生长。该结果证明了：表皮和皮层组织的同步生长需要NO3-。

3. 植物激素生长素是决定根系生长的重要内源调节信号。作者使用DII-Venus检测生长素的响应，发现NO3-能够增强生长素的响应。进一步的分析结果显示：NO3-减弱了皮层和表皮细胞之间生长素分布的差异，导致细胞同步生长。

4. 研究表明，根的这种灵活适应的基本机制涉及到依赖于硝酸盐的生长素运输的调控。在不同氮素供应形式的根中，生长素外排载体PIN2的亚细胞定位模式不同。

5. PIN2的磷酸化蛋白质组分析显示了一个硝酸盐敏感的磷酸化位点Ser439。PIN2的功能特征及磷酸化位点突变分析表明,不同N源探测依赖于PIN2磷酸化状态，进而直接影响PIN2的表达模式,从而促进根系生长以及适应不同形式的N供应。最后，研究者将有关氮依赖根生长的实验数据整合到一个定量的计算机模型中。

一图解文

植物对土壤养分的有效利用取决于根系对养分的快速调节。研究表明，根系对不同氮源的适应涉及到通过生长素运输载体PIN2的磷酸化来调节生长素的分布的过程。