近日，由我院資源所趙涵團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成的研究論文《Nitrogen-dependent binding of the transcription factor PBF1 contributes to the balance of protein and carbohydrate storage in maize endosperm》在國際著名學(xué)術(shù)期刊《The plant cell》正式發(fā)表，報(bào)道了在玉米籽粒碳氮平衡研究的重要研究成果。

 

　　氮素（N）是植物生長發(fā)育需求量最大的礦質(zhì)營養(yǎng)元素， 也是促進(jìn)作物增產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。玉米是重要的糧飼作物和生物能源作物， 對我國的糧食安全具有重要戰(zhàn)略作用，其產(chǎn)量和品質(zhì)對氮肥施用量依賴度極高。農(nóng)民為保證玉米產(chǎn)量通常施用大量的氮肥但是玉米的品質(zhì)卻得不到保證，另外氮肥過度施加， 不僅增加生產(chǎn)成本， 造成資源浪費(fèi)， 還引發(fā)水體富營養(yǎng)化和土壤酸化等環(huán)境問題。因此， 為了農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展， 研究玉碳氮平衡的機(jī)制并挖掘其中重要的調(diào)控基因，有助于實(shí)現(xiàn)玉米生產(chǎn)過程中減肥不減產(chǎn)的目標(biāo)。

 

　　種質(zhì)資源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)氮的限制影響了玉米胚乳發(fā)育過程中氮和碳（C）代謝的許多關(guān)鍵基因的表達(dá)。該研究發(fā)現(xiàn)缺氮顯著影響玉米籽粒淀粉和蛋白含量，及籽粒氮和碳（C）代謝途徑中許多關(guān)鍵基因的表達(dá)。這些碳氮代謝差異表達(dá)基因的啟動(dòng)子區(qū)域富含P-box序列。P-box基序是玉米胚乳特異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子PBF1的結(jié)合motif序列，說明PBF1可能與這些關(guān)鍵基因差異表達(dá)有關(guān)聯(lián)。該基因功能缺失后改變了胚乳中淀粉和蛋白質(zhì)的積累，說明PBF1參與籽粒碳氮代謝。基于正常氮和缺氮環(huán)境下授粉15天后玉米胚乳的qRT-PCR、Western Blot以及RNA in situ hybridization檢測，發(fā)現(xiàn)PBF1在不同氮素環(huán)境下表達(dá)水平和表達(dá)部位沒有差異。有意思的是PBF1在不同氮素環(huán)境下結(jié)合的靶標(biāo)基因不同，特別是與碳氮化合物的合成和積累有關(guān)的基因。在缺氮環(huán)境時(shí)，一部分玉米醇溶蛋白編碼基因的啟動(dòng)子并沒有被PBF1結(jié)合，與之對應(yīng)的是這些醇溶蛋白編碼基因的轉(zhuǎn)錄本水平降低，表明PBF1促進(jìn)玉米蛋白在胚乳中的積累。同時(shí)，在缺氮環(huán)境下未被PBF1結(jié)合sugary1和淀粉分支酶2b基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著上調(diào)。研究還發(fā)現(xiàn)PBF1抑制sugary1和淀粉分支酶2b的表達(dá)。結(jié)果表明：氮缺乏情況下，PBF1將用于合成玉米醇溶蛋白的C骨架更多的流向碳水化合物的形成。該研究結(jié)果為玉米生產(chǎn)中的實(shí)現(xiàn)減肥不減產(chǎn)提供了一種理論依據(jù)。

 

　　我院資源所玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)寧麗華博士和王元琮博士為論文第一作者，趙涵研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金和江蘇省農(nóng)業(yè)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重大自主研究課題等項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac302/6759374?rss=1