揭示CEPD-like 2系统调节拟南芥中氮吸收的分子机制(2020.2.4 Plant Biotechnology Journal)

氮元素作为植物所必需的大量元素之一，贯穿了植物整个生长发育过程。由于微生物的硝化作用，土壤中的绝大多数氮元素通常以硝酸盐形式存在，但是依赖于土壤类型和气候条件，土壤硝态氮的可获得性并不稳定。为应对自然环境中氮元素的波动性，植物进化产生了完善的调控机制，使其能够根据外部氮的有效性和内部氮的状态来调节根氮的获取效率。

近日，国际知名杂志Nature communications在线发表了日本名古屋大学理学院生物科学系Yoshikatsu Matsubayashi课题组的研究论文《Shoot-to-root mobile CEPD-like 2 integrates shoot nitrogen status to systemically regulate nitrate uptake in Arabidopsis》，阐明了植物通过CEPD-like 2多肽整合茎部和根部的氮稳态，并系统调控根部氮获取性能的分子机理。

该课题组前期研究发现一个饥饿诱导的含15个氨基酸的多肽植物激素CEP，其介导一个根部衍生的上行信号，可将氮缺乏信號向上传递给地上部（1）。其被茎部的LRR受体激酶CEPR1识别后，促进非分泌多肽CEPD1和CEPD2的产生作为次级信号（2），随后激活氮转运关键基因NRT2.1的表达。在本研究中，作者发现一个多肽CEPD-like 2，当地上部处于氮缺乏状态时，其在叶片维管系统中高量表达，随后迁移至根部，促进根部氮摄取。研究发现，CEPD-like 2的突变导致地上部氮含量和生物量的减少，多个NRT基因下调表达。且CEPD-like 2和CEPD1/2协同介导根部的氮稳态，在其CEPD三突变体中，植株氮稳态进一步受损，生物量及含氮量严重减少。

总而言之，该研究提出了一个植物氮稳态调控模型：CEPDL2介导一个茎部衍生的下行信号，在响应茎部氮缺陷后，通过高亲和力的氮摄取和根部向茎部的氮运输保证植物的氮需求。I，当植物生长在氮充足环境，且地上部可以摄取足量的氮元素保证需求时，此时，CEPDL2和CEPD1/2信号路径均维持在一个基础水平。II，在植物处于氮含量中等环境下，当根部氮元素摄取不足以供应地上部需求时，CEPDL2信号随即被激活。III，当植物处于氮缺乏条件下或根部氮摄取远不能满足茎部氮需求时，CEPDL2和CEPD1/2信号路径均被强烈激活。