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生物360 · 公众号 · 医学 · 2017-05-13 11:45

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5月10日，福建农林大学海峡联合研究院林学中心刘坤祥课题组与美国Harvard医学院及日本东京大学合作，在国际顶尖学术期刊《自然》在线发表题为“Discovery of Nitrate-CPK-NLP signalling in central nutrient-growth networks”的研究论文。刘坤祥为该研究论文的第一作者和共同通讯作者，福建农林大学为该研究论文第二完成单位。在高水平大学建设实施以来，我校海峡联合研究院林学中心已经在《科学》、《自然》、《细胞》三大国际顶尖期刊发表高水平论文。

氮元素是构成植物体最基本的元素之一，是调控农作物产量的信号分子。对大部分植物而言，硝态氮是最主要的氮肥形式。植物能感知硝态氮并快速诱导基因表达，调控根系发育以及叶片生长。然而，植物如何感知硝态氮及其信号转导途径还不清楚。该研究报道了第三亚群钙离子依赖蛋白激脢（Group III Calcium dependent protein kinase）参与硝态氮信号转导。利用最新的超敏感钙离子感受蛋白（GCaMP6S）系统，发现植物细胞能感知硝酸盐并诱导钙离子浓度变化。利用无硝酸盐拟南芥叶肉细胞原生质体系统，发现第三亚群钙离子依赖蛋白激酶可感知硝酸盐诱导的钙离子浓度变化；这种浓度变化能负反馈调节钙离子依赖蛋白激酶活性。在植物中，许多重要基因一但缺失就会造成胚胎致死；在研究钙离子依赖蛋白激酶介导的硝态氮信号转导过程中，也因为功能缺失突变体造成胚胎致死，导致很多揭示基因功能的生理生化实验无法开展。该研究首次利用化学遗传学方法成功的发现一个保守的氨基酸(Gatekeeper residue)突变的钙离子依赖蛋白激酶，该突变能维持其生理功能而不造成致死表型；研究证明了第三亚群钙离子依赖蛋白激酶在硝态氮信号转导中扮演了重要的角色。此外，该研究还揭示了参与硝态氮信号转导的转录因子NLP7可被钙离子依赖蛋白激酶磷酸化，进而影响根系发育以及叶片生长。