基因中心揭示类受体蛋白激酶FERONIA调控植物碳氮响应新机制

近日，国家烟草基因研究中心和湖南大学联合攻关，发现类受体蛋白激酶FERONIA通过磷酸化泛素连接酶ATL6调控植物碳氮响应。这一新机制的发现，将为作物碳氮适应性的分子调控及降低氮肥施用量提供理论基础。相关研究论文“FERONIA phosphorylatesE3 ubiquitin ligase ATL6 to modulate the stability of 14-3-3 proteins in plantC/N responses”，在国际植物学权威期刊《Journal of Experimental Botany》(影响因子5.36)在线发表。

碳、氮是植物体内两种最重要的元素，碳代谢和氮代谢也是植物体内最重要的两种代谢途径。与单一的碳代谢或氮代谢相比，植物体内的碳氮平衡（也称碳氮比，C/N）在植物生长发育以及发育阶段转换等过程中有着重要意义。就烟草而言，C/N比不仅影响生长发育进程，更是直接关系到烟草品质的优劣。然而，植物C/N响应相关研究大部分仍停留在宏观代谢及生理等层面，植物C/N响应相关基因及其分子机制方面的成果鲜有报道。

FERONIA（FER）是类受体蛋白激酶（Receptor-like Kinases, RLKs）家族中一个非常重要的成员，首次被报道是其在植物受精过程中发挥重要作用。随后的众多研究表明，FER在植物抗病、营养生长、根毛伸长、种子发育、激素间交叉会话、响应外界逆境及RALF小肽信号等多种生物学过程中扮演着不同的重要角色，是近年来植物信号通路研究领域的“明星蛋白”。ATLs是一类植物特有的RING-H2型泛素连接酶，以往研究表明，ATL31在植物响应外界C/N过程中扮演重要调控角色，其首先被上游蛋白激酶CIPK7/12/14磷酸化，进而介导14-3-3s蛋白的降解来维持植物在高C/N状态下生长（14-3-3s蛋白的过量积累会增加植物对高C/N的敏感性，不利于植物生长）。与ATL31序列相似性较高的同一家族成员ATL6也被发现参与植物的C/N响应，但其具体机制及其上游蛋白激酶尚未发现。本研究通过酵母双杂交（Y2H）、双分子荧光互补（BiFC）和免疫共沉淀（Co-IP）等技术鉴定了一个FER互作蛋白ATL6。通过体外磷酸化、质谱和遗传学分析，发现FER可以磷酸化ATL6，促进ATL6与14-3-3蛋白的结合，最终通过泛素-蛋白酶体途径介导14-3-3蛋白的降解。进一步研究发现，快速碱化因子RALF1（RapidALkalinization Factor 1）小肽也通过FER-ATL6信号途径参与植物对C/N信号的响应（下图）。

FER调控C/N响应的分子机制

综上，本研究解析了FER调控植物C/N响应的分子机制。过量表达FER减弱了植物对高C/N的敏感性，为作物降低氮肥施用量提供了一种新思路。最新研究表明，FER还在烟草色素合成、挥发性香气物质释放等方面发挥调控作用。

国家烟草基因研究中心徐国云博士、湖南大学博士研究生谌伟军为该论文的共同第一作者，湖南大学于峰教授和国家烟草基因研究中心周会娜副研究员为论文的通讯作者。该研究受到中国博士后科学基金、国家自然科学基金等项目资助。

撰 稿：徐国云、周会娜

编 审：陈 勇

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