來源：【中國科學院】

PLoS Genetics在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心光合與環境生物學實驗室蔡偉明研究組完成的題為The nitrate-inducible NAC transcription factor NAC056 controls nitrate assimilation and promotes lateral root growth in Arabidopsis thaliana的研究論文，揭示了NAC轉錄因子家族成員NAC056感受環境硝酸鹽信号促進側根發育的調控新機制。

氮素是植物生長發育的必需營養元素，在土壤中主要以硝酸鹽（Nitrate）的形式存在，并通過根系被植物吸收和利用。然而，土壤中硝酸鹽的可用性通常是有限的，并對植物的生長發育以及作物産量産生負面影響。為了應對這種情況，植物需要優化其根系結構（Root System Architecture）以最大限度地從土壤中獲取氮元素。

硝酸鹽是植物主要的氮源，并作為信号分子激活一系列基因表達，觸發硝酸鹽應答反應，進而促進氮高效利用。硝酸鹽可通過調控基因表達來控制植物側根（LR）和根毛（RH）的生長發育。然而，硝酸鹽信号的分子機制尚不清晰，制約了全面理解硝酸鹽信号通路的核心問題。

NAC（NAM、ATAF1、ATAF2和CUC2）轉錄因子家族是植物基因組中最大的轉錄因子家族之一，也是植物特有的轉錄因子。在多種陸生植物基因組中已有超過100個成員被發現和鑒定。植物NAC轉錄因子具有多種功能，對植物的生長發育調控、植物的逆境脅迫應答、調控植物的抗病性、參與植物次生生長調控以及激素信号轉導等生理過程中具有重要作用。

大數據研究表明，植物響應硝酸鹽信号的過程中有數千基因的表達發生變化，并發現根細胞具有細胞類型特異性轉錄組圖譜。然而，是何因子調控硝酸鹽的響應時間和細胞類型特異性反應，尚不清楚。研究檢測拟南芥根的主要細胞類型對硝酸鹽響應的時空轉錄組變化，鑒定了一種硝酸鹽誘導型NAC家族轉錄因子（TF）NAC056，可促進拟南芥中的硝酸鹽同化和根系生長。NAC056是核定位轉錄激活因子，主要在根系和下胚軸中表達。研究利用酵母單雜交試驗鑒定了NAC056結合DNA的特異性結合序列（NAC56BM），T[T/G/A] NCTTG。研究進一步發現，nac056突變體顯著影響側根對環境硝酸鹽信号的響應；而NAC056過表達促進植物側根的起始和根系對低硝酸鹽脅迫的耐受能力。轉錄組測序分析結合體外生化實驗發現，NAC056調節NO3-同化所需基因的表達，并直接靶向關鍵的硝酸鹽同化基因NIA1的表達。此外，NIA1基因的突變抑制35S::NAC056轉基因植物的LR原基起始和對低硝酸鹽脅迫的耐受。因此，NAC056介導植物對環境硝酸鹽信号的響應以促進拟南芥的根系生長。該研究豐富了科學家對硝酸鹽信号從轉錄水平上調控側根生長發育進程的認識。

研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項和上海市自然科學基金等的支持。

論文鍊接

圖1.側根發生過程中Class III亞家族NAC基因的表達分析

圖2.nac056突變體的側根發育表型

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