浙江大学郑绍建团队揭示植物氮饥饿响应的活性氧信号枢纽

氮是植物生命体的基本构成元素。在旱地土壤中，硝态氮是植物的主要氮素吸收形态，但其含量在农田土壤中存在显著的时空异质性。面对时而充足、时而匮乏的硝态氮环境，植物演化出了一套精密的调控系统。然而，与已被深入研究的氮充足条件下的初级氮响应机制相比，植物在氮饥饿胁迫下如何迅速调节生长、高效获取氮源的核心信号网络，仍有诸多未明之处。

近日，浙江大学生命科学学院郑绍建教授团队在Science Bulletin发表了题为RBOHC-derived ROS control plant nitrate starvation response via WRKYs-activated expression of high-affinity nitrate transporters的研究成果，证明RBOHC产生的活性氧（ROS）是拟南芥氮饥饿响应信号途径的关键第二信使，并揭示了WRKY转录因子在植物氮营养调控中的重要功能。

研究团队通过系统的遗传筛选发现，拟南芥中RBOHC基因功能缺失突变体（rbohc，rc-1）在低氮条件下表现出根长缩短、叶面积减少等生长抑制表型，同时硝酸盐吸收能力下降。这些现象在氮充足条件下并未出现（图1），表明RBOHC是植物特异性响应氮饥饿的正向调控因子。

图1.RBOHC产生的ROS正向调控低氮条件下的硝酸盐吸收与植物生长

研究进一步阐明了RBOHC的核心作用机制：它是低氮胁迫下ROS积累的主要来源。H2DCF-DA荧光染色显示，在氮饥饿条件下，野生型（WT）植物根毛区有显著的ROS积累，而在rbohc突变体（rc-1）中这一现象几乎完全消失（图2）。这直接证明RBOHC是启动氮饥饿响应中活性氧信号的关键引擎。

图2.低氮诱导野生型根毛区ROS积累

那么，这个ROS信号如何转化为具体的生理指令？转录组分析给出了线索：近50%的低氮响应基因的表达依赖于RBOHC产生的ROS（图3a）。其中，两个WRKY家族转录因子WRKY42与WRKY58的表达在rbohc突变体中显著降低，并且在WT中受低氮诱导（图3b）。研究人员通过构建基因编辑突变体和显性抑制材料，证实了它们的核心作用：WRKY42-SRDX与WRKY58-SRDX抑制株系在低氮条件下硝酸盐吸收能力降低，其生长表型与rbohc突变体高度相似。

图3. WRKY42和WRKY58在调控氮饥饿响应中的核心作用

更深入的分子机制研究表明，WRKY42能够直接结合到高亲和硝酸盐转运蛋白基因NRT2.1，NRT2.2和NRT2.4启动子特定区域（W-box元件），并通过双荧光素酶报告系统、EMSA和ChIP-qPCR实验证实其直接转录激活功能。WRKY58虽未显示直接结合，但与WRKY42存在功能冗余，可能通过其他方式间接影响NRT2s表达。

综上，该研究首次在拟南芥中建立了“RBOHC–ROS–WRKY–NRT2”信号通路框架，揭示了ROS在氮饥饿响应中的正调控作用，拓展了植物营养信号与氧化信号交叉调控的研究维度。未来，通过对该通路中RBOHC的翻译后调控机制、ROS如何精准调控WRKY转录活性等问题的深入研究，有望为作物氮高效利用的遗传改良提供新的分子靶点与育种策略，助力绿色可持续农业发展。

图4. RBOHC–ROS–WRKY–NRT2信号通路模式图

浙江大学生命科学学院博士研究生袁甜为该论文的第一作者，浙江大学生命科学学院郑绍建教授和丁忠杰研究员为该论文通讯作者。浙江大学生命科学学院毛传澡教授、金崇伟教授和法国巴黎萨克雷大学的Moussa Benhamed教授等合作者也参与了该项研究工作。该研究得到国家重点研发计划、111引智计划、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。

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