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硝酸鹽是植物吸收利用的主要氮源，也是調控植物的生長發育的重要信號分子。豆科植物不僅能吸收土壤中的氮素，還可通過與根瘤菌共生固氮獲取氮營養。但是，共生固氮需要耗費大量植物能量，當土壤氮素較高時，氮會作為信號分子影響共生固氮基因的功能，從而抑制根瘤的形成及固氮能力。此前研究發現，蒺藜苜蓿中RWP-RK類轉錄因子MtNLP1，是硝態氮抑制結瘤的關鍵組分，其通過調控局部和系統性途徑抑制根瘤的形成。特別是，MtNLP1的轉錄水平受硝酸鹽影響小，但硝酸鹽調控NLP1蛋白的核質穿梭，暗示著該蛋白可能存在蛋白翻譯后修飾。近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心團隊，揭示了轉錄因子NLP1的蛋白翻譯后修飾SUMO化在硝酸鹽信號轉導和調控共生固氮的分子機制。研究顯示，硝酸鹽可誘導轉錄因子MtNLP1的SUMO化修飾，該修飾對其生物學功能至關重要。SUMO保守位點的突變，影響MtNLP1轉錄激活能力，減弱與自身或與MtNIN的相互作用，從而削弱硝酸鹽介導的根瘤抑制作用。研究進一步發現，SUMO化體系成員之間兩兩互作，同時參與調控共生固氮和硝酸鹽抑制結瘤這兩個過程，表明SUMO化修飾在共生固氮中具有更廣泛的作用。蛋白序列分析發現，保守的SUMO化修飾位點在NLP家族中廣泛存在；將非豆科植物擬南芥中的轉錄因子AtNLP7 SUMO化保守位點突變后，無法回補Atnlp7-1突變體的表型，表明SUMO化修飾可能是轉錄因子NLP蛋白家族中保守的調控機制。這一研究解析了MtNLP1的SUMO化修飾調控硝酸鹽抑制共生結瘤的分子機制，揭示了SUMO化修飾對NLP蛋白活性的調控及其在硝酸鹽信號轉導和共生固氮中的作用機理，為闡明硝酸鹽調控結瘤的分子機制提供了新的研究思路。相關研究成果在線發表在《美國國家科學院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。論文鏈接MtNLP1的SUMO化修飾在硝酸鹽抑制共生結瘤中的分子機制模式圖