Discovery of nitrate–CPK–NLP signalling in central nutrient–growth networks

生物 氮同化 拟南芥 突变体 转录因子 细胞生物学 转录组 重编程 激酶 硝酸盐 营养感应 信号转导 基因 信号 生物化学 基因表达 生态学
作者
Kun-Hsiang Liu,Yajie Niu,Mineko Konishi,Yue Wu,Hao Du,Hoo Sun Chung,Lei Li,Marie Boudsocq,Matthew McCormack,Shugo Maekawa,Tetsuya Ishida,Chao Zhang,Kevan M. Shokat,Shuichi Yanagisawa,Jen Sheen
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:545 (7654): 311-316 被引量:417
标识
DOI:10.1038/nature22077
摘要

Nutrient signalling integrates and coordinates gene expression, metabolism and growth. However, its primary molecular mechanisms remain incompletely understood in plants and animals. Here we report unique Ca2+ signalling triggered by nitrate with live imaging of an ultrasensitive biosensor in Arabidopsis leaves and roots. A nitrate-sensitized and targeted functional genomic screen identifies subgroup III Ca2+-sensor protein kinases (CPKs) as master regulators that orchestrate primary nitrate responses. A chemical switch with the engineered mutant CPK10(M141G) circumvents embryo lethality and enables conditional analyses of cpk10 cpk30 cpk32 triple mutants to define comprehensive nitrate-associated regulatory and developmental programs. Nitrate-coupled CPK signalling phosphorylates conserved NIN-LIKE PROTEIN (NLP) transcription factors to specify the reprogramming of gene sets for downstream transcription factors, transporters, nitrogen assimilation, carbon/nitrogen metabolism, redox, signalling, hormones and proliferation. Conditional cpk10 cpk30 cpk32 and nlp7 mutants similarly impair nitrate-stimulated system-wide shoot growth and root establishment. The nutrient-coupled Ca2+ signalling network integrates transcriptome and cellular metabolism with shoot-root coordination and developmental plasticity in shaping organ biomass and architecture.
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