氮元素作為植物所必需的大量元素之一，貫穿了植物整個生長發(fā)育過程。由于微生物的硝化作用，土壤中的絕大多數(shù)氮元素通常以硝酸鹽形式存在，但是依賴于土壤類型和氣候條件，土壤硝態(tài)氮的可獲得性并不穩(wěn)定。為應對自然環(huán)境中氮元素的波動性，植物進化產(chǎn)生了完善的調(diào)控機制，使其能夠根據(jù)外部氮的有效性和內(nèi)部氮的狀態(tài)來調(diào)節(jié)根氮的獲取效率。

近日，國際知名雜志Nature communications在線發(fā)表了日本名古屋大學理學院生物科學系Yoshikatsu Matsubayashi課題組的研究論文《Shoot-to-root mobile CEPD-like 2 integrates shoot nitrogen status to systemically regulate nitrate uptake in Arabidopsis》，闡明了植物通過CEPD-like 2多肽整合莖部和根部的氮穩(wěn)態(tài)，并系統(tǒng)調(diào)控根部氮獲取性能的分子機理。

該課題組前期研究發(fā)現(xiàn)一個饑餓誘導的含15個氨基酸的多肽植物激素CEP，其介導一個根部衍生的上行信號，可將氮缺乏信號向上傳遞給地上部（1）。其被莖部的LRR受體激酶CEPR1識別后，促進非分泌多肽CEPD1和CEPD2的產(chǎn)生作為次級信號（2），隨后激活氮轉(zhuǎn)運關(guān)鍵基因NRT2.1的表達。在本研究中，作者發(fā)現(xiàn)一個多肽CEPD-like 2，當?shù)厣喜刻幱诘狈顟B(tài)時，其在葉片維管系統(tǒng)中高量表達，隨后遷移至根部，促進根部氮攝取。研究發(fā)現(xiàn)，CEPD-like 2的突變導致地上部氮含量和生物量的減少，多個NRT基因下調(diào)表達。且CEPD-like 2和CEPD1/2協(xié)同介導根部的氮穩(wěn)態(tài)，在其CEPD三突變體中，植株氮穩(wěn)態(tài)進一步受損，生物量及含氮量嚴重減少。

總而言之，該研究提出了一個植物氮穩(wěn)態(tài)調(diào)控模型：CEPDL2介導一個莖部衍生的下行信號，在響應莖部氮缺陷后，通過高親和力的氮攝取和根部向莖部的氮運輸保證植物的氮需求。I，當植物生長在氮充足環(huán)境，且地上部可以攝取足量的氮元素保證需求時，此時，CEPDL2和CEPD1/2信號路徑均維持在一個基礎水平。II，在植物處于氮含量中等環(huán)境下，當根部氮元素攝取不足以供應地上部需求時，CEPDL2信號隨即被激活。III，當植物處于氮缺乏條件下或根部氮攝取遠不能滿足莖部氮需求時，CEPDL2和CEPD1/2信號路徑均被強烈激活。