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张国霞博士SCLS文章:系统总结油菜素内酯与养分间相互调控研究最新进展 精选

已有 6263 次阅读 2023-3-9 20:53 |系统分类:科研笔记

2023年3月9日SCIENCE CHINA Life Sciences杂志发表了团队张国霞博士题为”Crosstalk between brassinosteroid signaling and variable nutrient environments” 综述文章,系统总结了油菜素内酯与三种主要养分(氮、磷和铁)间相互调控的最新进展,重点介绍了拟南芥和水稻中养分信号调节油菜素内酯合成和信号转导以适应植物生长发育的最新研究成果。

图 1.  拟南芥和水稻BR信号通路

土壤养分状况是影响植物生长发育的关键因素。氮和磷是植物必需的两种大量元素,在田间能被植物直接吸收的无机氮[硝酸盐(NO3-)和铵盐(NH4+)]和无机磷(Pi)非常有限,因此,水稻在生长过程中经常要面临低氮和低磷胁迫。作为一种植物生长必须的矿质元素,铁以不易溶解的氢氧化铁形式大量存在于土壤中,使得植物也经常面临低铁胁迫。植物体内铁和磷通常相互拮抗地影响着彼此含量和生理功能,二者调节机制也有密不可分的联系。农业生产中,化肥的大量施用弥补了土壤中元素的缺乏,显著提高了作物产量。其中,氮肥和磷肥是现代农业中用量最大的两种化肥。然而,过量施用氮磷肥不仅增加生产成本,还会导致水体富营养化、土壤退化、空气污染等严重环境问题。提高植物养分利用效率是应对这些挑战的理想途径。因此,对植物养分利用分子机制研究具有重要的理论和实践意义。           

图 2.  拟南芥和水稻BR与氮信号交流

油菜素内酯 (brassinosteroids, BR) 是一类广泛存在于植物中的甾醇类激素。自其作为第六大植物激素被发现以来广受关注。在过去四十年中,BR生物合成和信号途径研究已非常深入,特别是在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana) 和水稻 (Oryza sativa) 中,已被报道参与细胞伸长和分裂、开花和衰老、以及响应生物和非生物胁迫等多种生物学过程。

激素影响植物对养分的获取和利用,反过来,土壤养分状态也可以影响植物激素的合成和信号传导。越来越多的研究表明,BR是养分缺乏条件下植物生长和表型重塑的主要调节因子之一,如BR可以促进拟南芥根系的觅食反应、影响水稻株型变化、增强植物获取养分的能力等。总的来说,养分缺乏信号可以操纵BR信号或/和BR生物合成来激活养分获取。不同养分对BR生物合成具有不同的影响。如在拟南芥中,低Pi抑制BR合成,而低N则诱导BR合成,暗示养分对BR合成调节的复杂性。本文系统总结了BR与拟南芥和水稻中三种主要养分——氮、磷和铁之间互作关系。总结的信息将有助于人们了解激素对植物形态变化和营养信号通路的调控,加深对植物生长发育与胁迫反应间平衡的理解。

图 3.  拟南芥和水稻BR与磷、铁间信号交流

阅读文章:

Zhang G, Liu Y, Xie Q, Tong H*, and Chu C* (2023) Crosstalk between brassinosteroid signaling and variable nutrient environments. Science China - Life Sciences. doi: 10.1007/s11427-022-2319-0.



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