近日，生命科學(xué)學(xué)院王勇教授課題組在Molecular Plant在線發(fā)表了題為“A molecular framework underlying low nitrogen-induced early leaf senescence in Arabidopsis”的研究論文，該研究揭示了APC/C-GDS1-PIF4/5模塊調(diào)控低氮誘導(dǎo)衰老的分子機理。王勇教授為該論文通訊作者，博士后樊紅梅和博士權(quán)姝璇為該論文共同第一作者。

氮素是植物生長發(fā)育所必需的最重要的大量元素之一，農(nóng)業(yè)上施用氮肥對于作物的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)至關(guān)重要。但近些年來由于大量施用氮肥，而作物對氮素的利用率低，使得相當一部分氮素流失到環(huán)境中，造成嚴重的水體富營養(yǎng)化、土壤酸性化等一系列環(huán)境和生態(tài)問題。另一方面，在生產(chǎn)中不施肥或施肥不足，則會引起作物早衰，造成作物產(chǎn)量下降。所以，如何有效提高作物的氮素利用率，做到少施肥并保持高產(chǎn)，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重大科學(xué)問題。

葉片衰老是葉片發(fā)育的最后階段，自然界中多種生物和非生物脅迫會引起植物葉片衰老，如干旱、高溫、高鹽、病原菌侵染和營養(yǎng)缺乏等。低氮會引起植物早衰，加速植株的成熟進程，造成作物的產(chǎn)量下降。深入研究植物對低氮誘導(dǎo)衰老的調(diào)控機制，對于提高較低供氮條件下作物的產(chǎn)量和氮素利用率、推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展意義重大。目前關(guān)于調(diào)控低氮誘導(dǎo)衰老機理的研究十分缺乏。

該研究發(fā)現(xiàn)，在氮充足的條件下，GDS1結(jié)合并抑制PIF4/PIF5的表達，進而延緩葉片衰老。而在低氮條件下，APC/C E3泛素連接酶復(fù)合體促進GDS1的泛素化和降解，進而解除GDS1對PIF4/PIF5的抑制作用，激活下游衰老相關(guān)基因的表達，從而導(dǎo)致葉片早衰（圖1）。

圖1 GDS1的工作模型

GDS1過表達能延遲高氮和低氮條件下葉片的衰老，提高單株產(chǎn)量和氮素利用率；且氮素供應(yīng)越少，其增產(chǎn)效果越好（圖2）。本研究揭示了一條植物調(diào)控低氮誘導(dǎo)衰老的新通路，為培育較低供氮條件下高產(chǎn)不早衰的作物新品種、解決低氮下早衰低產(chǎn)的問題提供了新思路。

圖2 GDS1突變體和過表達植物的表型

該研究得到了國家自然科學(xué)基金委面上項目和青年項目以及國家重點研發(fā)計劃的資助。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波