9月23日，西北農(nóng)林科技大學(xué)生命學(xué)院劉坤祥教授領(lǐng)銜的植物氮素營養(yǎng)團(tuán)隊(duì)的研究成果《NLP7轉(zhuǎn)錄因子是植物的一個硝酸鹽受體》在《科學(xué)》在線發(fā)表。這是該校繼7月份在《細(xì)胞》發(fā)表重要研究之后的又一重大成果。

生命學(xué)院劉坤祥教授，博士生劉孟紅、林子煒，哈佛大學(xué)Zi-Fu Wang，師資博士后陳斌卿為共同第一作者，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Jen Sheen教授，生命學(xué)院劉坤祥教授為通訊作者。我校旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生命學(xué)院為第一署名單位，未來農(nóng)業(yè)研究院為第二單位，哈佛醫(yī)學(xué)院為第三單位。此外，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院布拉瓦特尼克研究所、東京大學(xué)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中心的研究者也參與了本項(xiàng)研究。

氮元素是構(gòu)成生物體最基本元素之一。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，硝態(tài)氮是增加農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素。植物可以感受到不同濃度的硝態(tài)氮，并迅速發(fā)生轉(zhuǎn)錄水平、代謝水平、激素信號、根系及地上部分的協(xié)調(diào)生長和生殖生長等方面的變化，從而調(diào)控自身的代謝和生長反應(yīng)。因此，硝態(tài)氮不僅是植物必需的礦質(zhì)營養(yǎng)鹽，也是重要的信號分子。

20世紀(jì)90年代，科學(xué)家已經(jīng)可以在基因水平確定硝態(tài)氮是一種信號分子，但并不清楚植物感受它的機(jī)制。2009年，有科學(xué)家發(fā)表文章認(rèn)為CHL1/NRT1.1蛋白除了硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)的功能以外，還存在感受硝態(tài)氮的功能。隨后的十多年，很多研究者都認(rèn)為CHL1/NRT1.1是硝酸鹽的感受器。但劉坤祥根據(jù)多年研究認(rèn)為，CHL1/NRT1.1蛋白不是一個主要的硝酸鹽感受器。

在此前研究的基礎(chǔ)上，劉坤祥發(fā)現(xiàn)了新的植物硝酸鹽信號“開關(guān)”——NLP7蛋白。2018年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)和時間賽跑，夜以繼日地用科學(xué)實(shí)驗(yàn)來實(shí)證，在今年8月份取得了重大成果，確定NLP7蛋白代表了陸生植物的一種硝酸鹽受體。研究表明，NLP家族的NLP2/4/5/6/7/8/9作為轉(zhuǎn)錄因子起始了硝酸鹽誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄重塑和物質(zhì)運(yùn)輸、代謝、激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和根系及地上部分的生長等發(fā)育進(jìn)程。通過新型的分子互作檢測方法證實(shí)了硝酸鹽可以和NLP7蛋白直接互作。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)將黃色熒光蛋白—檸檬黃切成兩半分別接在NLP7蛋白的兩端，可以構(gòu)成一個熒光硝酸鹽感受器，借助它可以用肉眼實(shí)現(xiàn)對植物細(xì)胞水平的硝酸鹽動態(tài)觀察分析。

該研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于：一是發(fā)現(xiàn)了NLP7蛋白除了是硝態(tài)氮信號途徑的轉(zhuǎn)錄因子，還具有硝酸鹽受體的作用，這不同于以往在細(xì)胞膜上發(fā)現(xiàn)的硝酸鹽受體；二是開發(fā)了熒光硝酸鹽感受器，方便在細(xì)胞水平觀察到植物體內(nèi)硝酸鹽的含量和變化。該研究結(jié)果的重大意義在于闡明了光合自養(yǎng)植物通過感受硝態(tài)氮進(jìn)而激活植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)和生長反應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)制，這一發(fā)現(xiàn)將為提高作物的氮利用效率，減少化肥使用和能源消耗，減輕由溫室氣體排放引起的氣候變化，進(jìn)而為支持農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供新的啟迪。