豆科植物感知情况硝酸盐浓度变革机制查明(2)

有趣的是，NPF7.6基因受根瘤菌和高浓度硝酸盐诱导表达，提示其调控硝酸盐介导的根瘤共生固氮。爪蟾卵母细胞生理试验表明NPF7.6是一个高亲和性的硝酸盐转运体。更重要的是，与野生型根瘤相比，npf7.6突变体根瘤不能精确感知环境中硝酸盐的浓度变化进而调控根瘤发育。而且通过硝酸盐的模拟吸收试验进一步表明，npf7.6突变体根瘤从苜蓿根系和外界环境吸收15NO3-的能力与野生型相比均显著降低。上述结果表明定位于传递细胞质膜的NPF7.6能够通过介导硝酸盐吸收来调控结瘤及根瘤维管组织的可塑性发育。

进一步研究发现：在无氮条件下，根瘤菌诱导NPF7.6基因表达，根瘤从宿主植物根系中吸收硝酸盐来维持根瘤基本生长；在低硝酸盐浓度下，根瘤菌诱导NPF7.6表达，根瘤吸收外界环境中的硝酸盐，避免了根瘤发育与宿主生长竞争氮源，从而促进根瘤发育；在处于高硝酸盐浓度环境中时，根瘤菌与高浓度硝酸盐同时诱导NPF7.6表达，促进硝酸盐吸收，根瘤中过量的硝酸盐抑制豆血红蛋白基因的表达，扰乱一氧化氮稳态，进而抑制固氮酶活性。

综上所述，该研究解决了豆科植物如何感知环境中硝酸盐浓度变化，进而精细调控根瘤发育及共生固氮这一领域内备受关注的重要科学问题。该研究成果为未来有效利用共生固氮、培育高效固氮植物材料提供了理论依据，同时也对苜蓿这一最重要牧草的分子设计育种具有重要的参考价值。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41477-020-0683-6

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