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你有没有想过
植物在大自然中生存
其实很不容易
它们不仅要面对干旱、高温等恶劣环境
还得时刻“操心”如何从土壤中获取足够的养分
尤其在很多时候
“缺营养”和“遇逆境”会同时发生
比如干旱时土壤里的氮元素往往也很匮乏
那么，植物如何同时处理这些复杂信号
在“找饭吃”和“抗风险”之间找到平衡呢？
适应复杂环境是植物生存及农作物稳产的核心问题，而干旱与养分缺乏是植物最常面临的并发胁迫。解析植物整合复杂环境信号的机制，既是理解其生存策略的关键，也是培育兼具养分高效和逆境抗性的未来作物新品种的理论基础。当前研究主要集中于单一信号的感知与应答，而对复杂环境信号整合机制尚缺乏系统认知。
北京时间8月11日，华南农业大学农学院、广东省高等学校未来作物精准育种基础研究卓越中心、岭南现代农业科学与技术广东省实验室储成才教授/胡斌教授团队在国际顶级期刊《细胞》（Cell）在线发表了题为《NRT1.1B作为植物ABA受体整合复杂环境信号》（NRT1.1B acts as an abscisic acid receptor in integrating compound environmental cues for plants）的研究论文。研究发现，植物中的NRT1.1B蛋白就像一个“智能开关”，能同时感知土壤中的氮营养状态和逆境信号，并根据环境变化指挥植物做出最优选择，实现对复杂环境的适应。
细胞膜定位的硝酸盐受体NRT1.1B可以作为植物激素脱落酸（Abscisic Acid，ABA）的受体，介导ABA感知与信号传导。该研究不仅证实了ABA膜受体存在，突破了ABA信号感知主要依赖胞内受体的传统认知，更揭示了植物平衡养分利用与抗逆的分子机制，为培育氮高效且抗逆的未来作物提供了理论支撑。将来，我们有可能培育出既耐干旱、又能高效利用氮元素的作物新品种——它们不需要太多化肥，也能在逆境中高产，有望推动“减肥节水”绿色农业的发展。
植物的“逆境警报器”和“营养探测器”
ABA作为重要的植物激素，堪称植物界的“逆境警报器”。当植物遇到干旱等困难时，ABA会迅速增加，通过调节气孔、减缓生长等方式帮助植物节省能量、抵御逆境。一直以来，科学家们认为ABA主要是在植物细胞内被感知的，就像在细胞里装了“警报器”。
氮元素是植物生长必需的营养元素，直接影响植物的生长状态。植物根系里有一类叫NRT1.1的蛋白，专门负责探测和吸收土壤中的氮元素尤其是硝酸盐。其中，NRT1.1B定位于细胞膜上，作为水稻硝酸盐受体，能够直接感知外界硝酸盐并触发应答反应，就像水稻中的“营养探测器”。
自然界中，矿质养分的有效含量通常较低，而当前植物逆境生物学及ABA信号研究却多在营养过剩的培养条件下开展。该研究发现，在低硝酸盐（LN）环境下，水稻对ABA的响应十分剧烈；而在高硝酸盐（HN）环境下，这种响应则受到显著抑制，ABA激活基因数不足LN条件下的30%（图1A），且受诱导基因的上调程度也显著低于LN条件（图1B）。因此，LN条件下可触发更为活跃的ABA响应，这也暗示植物体内存在能够整合氮营养状态和ABA信号的分子调控机制，植物能根据氮营养的多少，调整对逆境的“敏感度”。
揭示植物的“信号传导链”
有意思的是，一个传统意义上的硝酸盐受体—NRT1.1B，对ABA表现出明显更强的结合能力。此外，ABA可促进NRT1.1B与抑制蛋白SPX4在细胞膜上发生互作，使得SPX4束缚的转录因子NLP4得以释放而进入细胞核内，激活核内的ABA转录响应。因此，该研究揭示了NRT1.1B-SPX4-NLP4共同介导的从细胞膜感知到细胞核应答的完整的ABA信号通路。
值得注意的是，ABA和硝酸盐可竞争结合NRT1.1B，因此赋予植物在不同氮营养状态下产生灵活的ABA应答反应，从而整合不同环境信号，展示出植物整合复杂环境信号的精妙调控策略（图1C）。
此外，NRT1.1B的ABA结合位点在高等植物的NRT1.1同源蛋白中高度保守，说明NRT1.1感知ABA信号是植物界中普遍存在的机制，也进一步证明了NRT1.1在植物长期适应自然环境过程中，对平衡养分利用与逆境抗性的重要作用。
图1 NRT1.1B-SPX4-NLP4模块整合氮营养与ABA信号通路
综上，NRT1.1B作为跨膜ABA受体的鉴定是ABA信号领域的重大突破，为理解植物平衡营养与胁迫信号提供了分子机制框架。该研究深化了环境适应理论认知，开辟了抗逆作物设计新途径，并为解析多物种复合逆境适应机制指明新方向。
该研究在审稿过程中获得了同行专家的高度评价，认为“这是一项令人兴奋且期盼已久的工作，将会对植物生物学乃至更多研究领域产生深远影响（This is an exciting and timely study that will have a significant impact on the field of plant biology and beyond.）”；“该项工作是我们认知植物营养状态对逆境耐受关键作用的重大进展（Overall, this work represents a strong and remarkable advance in our understanding of the nutrient dependency in abiotic stress tolerance in plants.）”。
文章主要作者
左起：马晓军博士后、储成才教授、张静懿副教授、
徐程远博士生、蒋志敏副教授、胡斌教授、王威副教授
华南农业大学农学院胡斌教授、储成才教授和南方科技大学龚欣副教授为论文通讯作者，华南农业大学农学院博士后马晓军、王威副教授、张静懿副教授、蒋志敏副教授和博士研究生徐程远为该论文的共同第一作者。本研究得到了国家农业生物育种重大专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金委和海南崖州湾种子实验室项目的资助。
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来源 | 农学院 科学研究院
编辑 | 新禾融媒体工作室 陈梓滢
初审 | 安沛
复审 | 陈芃辰
终审 | 钟耿涛
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