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硝酸盐如何调节豆类中的基因表达

豆科植物(豆类)在其根部形成根瘤吸收氮。当氮含量很高时,豆类将停止根瘤的产生(图1),但正是硝酸盐的存在如何控制这些植物中根瘤的形成一直是一个谜。现在,的研究人员发现,蛋白质与硝酸盐之间的相互作用可以诱导和抑制基因,控制结瘤,并在可持续农业中具有潜在的应用。

在4月发表于《植物细胞》的一项研究中,筑波大学的一个研究小组表明,建立结节发育的蛋白质之间不同的DNA结合特性决定了控制结节共生的基因是否开启或关闭。基因表达是硝酸盐诱导的。

到现在为止,对分子活性的了解还不够全面,这些分子活性决定了在过量硝酸盐存在下豆类如何阻止结瘤。先前的研究确定了与结节形成有关的转录因子(有助于使特定基因“打开”或“关闭”的蛋白质),但这只是故事的一部分。

该研究的资深作者Takuy​​a Suzaki教授说:“在先前鉴定出与结节发生有关的蛋白质(称为NLP)的转录因子的基础上,我们试图回答一个问题,即硝酸盐如何控制促进结节的共生基因表达,” Takuy​​a Suzaki教授说。“我们测试了特定的自然语言处理,发现它们具有重叠的功能,导致硝酸盐诱导的结瘤控制。”

为了检查这些分子之间的相互作用,研究人员使用了来自莲花的蛋白质分析了RNA分子和植物性状。他们发现某些蛋白质具有双重功能,充当硝酸盐依赖性基因表达的主要调节剂。他们还确定了新的蛋白质结合位点,并将其与先前已知的结合位点进行了比较。他们的发现揭示了与NLP调控共生基因抑制硝酸盐结节的转录有关的基本原理。

研究小组强调了其他问题。在细胞核中发现一些NLP响应硝酸盐并停止结节的产生,而其他NLP则不断地聚集在细胞核中,而与硝酸盐水平无关。对于后者,还不清楚它们如何仅在硝酸盐存在下起作用。NLP在细胞中的位置很重要,因为翻译(将RNA编码为蛋白质时)发生在细胞质中。如果在阅读了遗传密码后(翻译后修饰)蛋白质发生了变化,则可以解释这些NLP如何访问蛋白质与蛋白质的相互作用并调节基因。

Suzaki教授解释说:“发现转录因子如何影响基因表达一直是理解植物转录调控难题的一个遗漏环节。” “我们的发现使我们更加了解这些复杂的分子关系中可能发生的事情,但是还有许多事情要解开。未来的研究应该旨在回答其他NLP和感兴趣的其他植物物种如何调节结瘤的问题。”

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