PNAS：低氮土壤中植物开花的机理研究
来自日本、欧洲和美国的科学家描述了一种导致植物在低氮土壤中加速开花的途径。这些发现最终可能导致农业生产的增加。
氮和磷、钾是植物生长发育所需的三大营养素之一。富氮条件诱导植物生长，特别是茎和叶的生长，同时延缓开花。另一方面，在一些植物中，低氮条件会导致从生长方式到繁殖方式的转变，从而加速开花。然而，在这些条件下调控开花的分子机制尚不清楚。
北海道大学生命科学研究生院副教授佐藤武夫领导的一个科学家团队揭示了在低氮条件下促进拟南芥开花的分子机制。他们的研究结果发表在美国国家科学院学报上。
拟南芥是一种十字花科植物，在生物学上被称为模式植物，其蛋白质表达有着广泛的数据库。在目前的研究中，研究小组首先确定了一组参与开花的蛋白质，这些蛋白质由于氮水平的变化而变得活跃。其中之一是基因调控因子bhlh4（FBH4）。通过对缺乏FBH4的植物的试验，发现这种蛋白在低氮条件下加速开花。
进一步的研究表明FBH4被另一种叫做SnRK1的蛋白广泛磷酸化。低氮条件抑制SnRK1活性，进而导致FBH4的去磷酸化。去磷酸化的FBH4移动到细胞核以激活负责开花的基因。去磷酸化FBH4还负责控制在低氮条件下对植物生存至关重要的其他基因的表达，特别是那些与氮循环和再活化有关的基因。
科学家们的结论是，在氮不足的情况下，拟南芥植物似乎可以通过FBH4精确控制与开花所需的发育和代谢过程相关的基因表达。”FBH基因家族存在于主要农作物中作物在低氮条件下开花早；如果我们能够控制这些作物中的FBH活动，这可能是可持续增加农业生产的有效途径。”
Nitrogen (N) is an essential nutrient that affects multiple plant developmental processes, including flowering. As flowering requires resources to develop sink tissues for reproduction, nutrient availability is tightly linked to this process. Low N levels accelerate floral transition; however, the molecular mechanisms underlying this response are not well understood. Here, we identify the FLOWERING BHLH 4 (FBH4) transcription factor as a key regulator of N-responsive flowering in Arabidopsis. Low N-induced early flowering is compromised in fbh quadruple mutants. We found that FBH4 is a highly phosphorylated protein and that FBH4 phosphorylation levels decrease under low N conditions. In addition, decreased phosphorylation promotes FBH4 nuclear localization and transcriptional activation of the direct target CONSTANS (CO) and downstream florigen FLOWERING LOCUS T (FT) genes. Moreover, we demonstrate that the evolutionarily conserved cellular fuel sensor SNF1-RELATED KINASE 1 (SnRK1), whose kinase activity is down-regulated under low N conditions, directly phosphorylates FBH4. SnRK1 negatively regulates CO and FT transcript levels under high N conditions. Together, these results reveal a mechanism by which N levels may fine-tune FBH4 nuclear localization by adjusting the phosphorylation state to modulate flowering time. In addition to its role in flowering regulation, we also showed that FBH4 was involved in low N-induced up-regulation of nutrient recycling and remobilization-related gene expression. Thus, our findings provide insight into N-responsive growth phase transitions and optimization of plant fitness under nutrient-limited conditions.
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