Plastid-localized amino acid metabolism coordinates rice ammonium tolerance and nitrogen use efficiency

水稻 分生组织 生物 植物 精氨酸 突变体 生物化学 氮气 化学 园艺 氨基酸 开枪 基因 有机化学
作者
Wei Xuan,Yichun Xie,Yuanda Lv,Letian Jia,Lulu Zheng,Yonghui Li,Meifang Zhu,Mengjun Tian,Ming Wang,Weicong Qi,Luo Lu,Hugues De Gernier,Pierre-Mathieu Pélissier,Hans Motte,Shaoyan Lin,Luo Li,Guohua Xu,Tom Beeckman
出处
期刊:Research Square - Research Square
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-1474062/v1
摘要

Abstract Ammonium toxicity affecting plant metabolism and development is a worldwide problem impeding crop production. Remarkably, rice (Oryza sativa L) favors ammonium as its major nitrogen source in paddy fields. We set up a forward-genetic screen to decipher the molecular mechanisms conferring rice ammonium tolerance and identified the rohan mutant showing root hyper-sensitivity to ammonium due to a missense mutation in an arginine-succinate lyase-encoding gene. ROHAN localizes to plastids while its expression is induced by ammonium. ROHAN alleviates ammonium-inhibited root elongation by converting the excessive glutamine into arginine. Consequently, arginine leads to auxin accumulation in the root meristem thereby stimulating root elongation under high ammonium. Furthermore, we identified natural variation in the ROHAN allele between Japonica and Indica subspecies explaining their different root sensitivity towards ammonium. Finally, we show that ROHAN expression positively correlates with root ammonium tolerance and that nitrogen use efficiency and yield can be improved through a gain-of-function approach.
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