近日，生命科學學院王勇教授團隊在New Phytologist在線發(fā)表了題為“The ArabidopsiseIF4E1 regulates NRT1.1-mediated nitrate signaling at both translational and transcriptional levels”的研究論文，報道了eIF4E1在翻譯和轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)硝酸鹽信號轉(zhuǎn)導(dǎo)并促進氮素利用效率的重要作用，為未來植物養(yǎng)分調(diào)控研究提供了新方向。

氮是植物生長必需的重要營養(yǎng)元素之一，施加氮肥能促進植物的生長發(fā)育、提高作物產(chǎn)量。氮肥被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，但由于植物氮素利用效率（NUE）較低，導(dǎo)致相當一部分未被植物吸收的氮肥流失到環(huán)境中，造成嚴重的環(huán)境和生態(tài)污染，也增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。提高NUE以降低氮素投入是解決這些問題的關(guān)鍵。然而，目前植物吸收和利用氮的機制在很大程度上仍然未知。因此，挖掘氮素調(diào)控的關(guān)鍵因子并解析其分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對于農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)意義重大。

該研究通過正向遺傳學篩選到一個對硝酸鹽響應(yīng)有缺陷的突變體Mut36，圖位克隆分析發(fā)現(xiàn)，Mut36突變體表型是由At4g18040基因的第二個外顯子上發(fā)生點突變（G to A）所致，該基因編碼翻譯起始因子eIF4E1。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，eIF4E1調(diào)節(jié)硝酸鹽信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和代謝。翻譯組測序（Ribo-seq）和多聚核糖體圖譜分析顯示，eIF4E1參與調(diào)節(jié)并促進一些氮相關(guān)mRNA的翻譯，尤其是在eif4e1突變體中硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白NRT1.1正在翻譯的mRNA量明顯降低。RNA-Seq結(jié)果也表明，eIF4E1能夠調(diào)控一系列參與硝酸鹽信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和代謝基因的表達。遺傳分析結(jié)果表明，eIF4E1在硝酸鹽信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中位于NRT1.1上游發(fā)揮作用。此外，eIF4E1與剪接體組裝因子GEMIN2互作，且GEMIN2同樣參與調(diào)節(jié)硝酸鹽響應(yīng)。過表達eIF4E1可顯著促進植株生長，提高產(chǎn)量和NUE。綜上所述，eIF4E1通過在翻譯和轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控NRT1.1來調(diào)節(jié)硝酸鹽信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，為未來在翻譯水平上研究礦物質(zhì)營養(yǎng)的調(diào)節(jié)奠定了基礎(chǔ)。

圖1 RNA-Seq和遺傳分析表明擬南芥eIF4E1以NRT1.1依賴的方式調(diào)節(jié)硝酸鹽信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

圖2 eIF4E1能夠促進擬南芥的生長，提高產(chǎn)量和NUE

王勇教授為本文通訊作者，課題組博士研究生李娜為論文第一作者，山東農(nóng)業(yè)大學生命科學學院齊盛東副教授、湖南大學生物學院于峰教授和朱思睿副教授、聊城大學農(nóng)學與農(nóng)業(yè)工程學院趙陸菲老師也參與了該項研究。相關(guān)工作得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金和山東省高等學校科技計劃的資助。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波