《科學》刊發劉坤祥等發現植物硝酸鹽信號“開關

《科學》在線發表西北農林科技大學教授劉坤祥領銜的植物氮素營養團隊的最新研究成果 。西北農林科大供圖 

9月23日，《科學》在線發表西北農林科技大學教授劉坤祥領銜的植物氮素營養團隊的最新研究成果——“NLP7轉錄因子是植物的一個硝酸鹽受體”論文。

氮元素是構成生物體最基本元素之一。農業生產中，硝態氮是增加農作物產量的重要因素。植物可以感受到不同濃度的硝態氮，并迅速發生轉錄水平、代謝水平、激素信號、根系及地上部分的協調生長和生殖生長等方面的變化，從而調控自身的代謝和生長反應。因此，硝態氮不僅是植物必需的礦質營養鹽，也是重要的信號分子。

20世紀九十年代，科學家已經可以在基因水平確定硝態氮是一種信號分子，但并不清楚植物感受它的機制。2009年，有科學家發表文章認為CHL1/NRT1.1蛋白除了硝酸鹽轉運的功能以外，還存在感受硝態氮的功能。在隨后的十多年來，很多研究者都認為CHL1/NRT1.1是硝酸鹽的感受器。但劉坤祥根據多年研究認為，CHL1/NRT1.1蛋白不是一個主要的硝酸鹽感受器。

據西北農林科技大學生命學院相關專家介紹，在此前研究的基礎上，劉坤祥發現了新的植物硝酸鹽信號“開關”——NLP7蛋白。2018年，他帶領團隊和時間賽跑，夜以繼日地用科學實驗來實證，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。

該研究表明，NLP家族的NLP2/4/5/6/7/8/9作為轉錄因子起始了硝酸鹽誘導的轉錄重塑和物質運輸、代謝、激素信號轉導和根系及地上部分的生長等發育進程。

“通過新型的分子互作檢測方法證實了硝酸鹽可以和NLP7蛋白直接互作。” 劉坤祥闡述說明，“我們設計實驗將黃色熒光蛋白—檸檬黃切成兩半分別接在NLP7蛋白的兩端，可以構成一個熒光硝酸鹽感受器，借助它可以用肉眼實現對植物細胞水平的硝酸鹽動態觀察分析。”

該研究成果的創新點在于：一是發現了NLP7蛋白除了是硝態氮信號途徑的轉錄因子，還具有硝酸鹽受體的作用，這不同于以往在細胞膜上發現的硝酸鹽受體；二是開發了熒光硝酸鹽感受器，方便在細胞水平觀察到植物體內硝酸鹽的含量和變化。

論文的審稿專家認為該研究結果的重大意義在于闡明了光合自養植物通過感受硝態氮進而激活植物信號轉導網絡和生長反應的調節機制；這一發現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，進而支持農業的可持續發展提供新的啟迪。

西北農林科技大學生命學院教授劉坤祥，博士生劉孟紅，林子煒，哈佛大學Zifu Wang，師資博士后陳斌卿為共同第一作者，哈佛大學教授Jeen Sheen、劉坤祥教授為通訊作者。西北農林科技大學旱區作物逆境生物學國家重點實驗室、生命學院為第一署名單位。