SnRK1α1-mediated RBOH1 phosphorylation regulates reactive oxygen species to enhance tolerance to low nitrogen in tomato

NADPH氧化酶 活性氧 生物 质外体 磷酸化 突变体 氧化酶试验 细胞生物学 拟南芥 生物化学 蛋白激酶A 活性氮物种 基因 细胞壁
作者
Xuelian Zheng,Hongfei Yang,Jin-Ping Zou,Wenxiao Jin,Zhong Tian QI,Ping Yang,Jingquan Yu,Jie Zhou
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:37 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1093/plcell/koae321
摘要

Nitrogen is essential for plant growth and development. SNF1-related protein kinase 1 (SnRK1) is an evolutionarily conserved protein kinase pivotal for regulating plant responses to nutrient deficiency. Here, we discovered that the expression and activity of the SnRK1 α-catalytic subunit (SnRK1α1) increased in response to low-nitrogen stress. SnRK1α1 overexpression enhanced seedling tolerance, nitrate uptake capacity, apoplastic reactive oxygen species (ROS) accumulation, and NADPH oxidase activity in tomato (Solanum lycopersicum L.) under low-nitrogen stress compared to wild type plants, while snrk1α1 mutants exhibited the opposite phenotypes. Mutation of the NADPH oxidase gene Respiratory burst oxidase homolog 1 (RBOH1) suppressed numerous nitrate uptake and metabolism genes during low-nitrogen stress. rboh1 mutants displayed lower NADPH oxidase activity, apoplastic ROS production, and seedling tolerance to low nitrogen. Silencing RBOH1 expression also compromised SnRK1α1-mediated seedling tolerance to low-nitrogen stress. SnRK1α1 interacts with and activates RBOH1 through phosphorylation of three N-terminal serine residues, leading to increased apoplastic ROS production and enhanced tolerance to low nitrogen conditions. Furthermore, RBOH1-dependent ROS oxidatively modified the transcription factor TGA4 at residue Cys-334, which increased NRT1.1 and NRT2.1 expression under low-nitrogen stress. These findings reveal a SnRK1α1-mediated signaling pathway and highlight the essential role of RBOH1-dependent ROS production in enhancing plant tolerance to low nitrogen.
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