浙大973首席科学家最新《PNAS》

　　

生物通报道：浙江大学生命科学学院植物生理学与生物化学国家重点实验室，中科院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室的研究人员揭示了植物对NH₄+应答的分子遗传机制，这对于进一步研究NH₄+对植物生长的影响意义重大，这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章的通讯作者是浙江大学生科院吴平博士和王道文博士，前者1995年获国家教育部跨世纪人才基金，1997年获国家杰出青年基金，1998年入选国家“百千万人才工程培养计划”，2005年被国家科技部聘为973项目“作物氮、磷高效利用分子机理”首席科学家。主要的研究方向是植物养分、水分高效利用的生理机制及功能基因研究；养分水分调控根系发生发育分子生理机理。后者1997年入选中国科学院"****"，获国家杰出青年科学基金，主要研究方向是植物分子和细胞生物学，农作物籽粒品质、养分利用效率以及抗病性的遗传基础、分子机制与改良。

土壤中的铵态氮可被土壤胶体吸附，呈交换性铵状态氮肥。土壤铵态可通过硝化作用而转化为硝态氮，每吸收一个铵离子（NH4+），即产生一个氢离子（H+），形成的氨进入植物体内后与呼吸基质时产生的酮酸化合，生成多种氨基酸和酰胺，并进一步合成蛋白质。

就目前的研究显示，高等植物物种在生长过程中对铵离子（NH₄+）的应答差别很大，然而其中有关植物对NH₄+应答的分子遗传机制至今还属于没有答案的谜团。

在这篇文章中，研究人员将拟南芥中编码GDP－甘露糖焦磷酸酶（GDP-mannose pyrophosphorylase，GMPase）的基因进行了突变——这种酶是一种合成GDP甘露糖的关键酶，对增强植物的抗胁迫能力具有非常重要的作用。结果研究人员发现突变型和野生型的GMPases原位活性都会受到NH₄+的抑制，不过突变型抑制的程度比较大。

通过这些系列的研究成果，研究人员得出结论认为，NH₄+能抑制GMPase活性，而GMPase活性水平则能调控拟南芥对NH₄+的灵敏度，并且研究人员还发现拟南芥NH₄+生长抑制过程中有几个重要的下游事件，包括未折叠蛋白的应答，根部细胞死亡等。

（生物通：张迪）

附：

吴平

性别 男 所在学院 生命科学学院
从事专业 植物学 办公电话 E-mail [e-mail]

研究方向 植物养分、水分高效利用的生理机制及功能基因研究；养分水分调控根系发生发育分子生理机理

简介：1995年获国家教育部跨世纪人才基金，1996年入选浙江省首批中青年学科带头人，1997年获国家杰出青年基金，1998年入选国家“百千万人才工程培养计划”，浙江省“151人才工程”第一层次培养计划，2001年获浙江省有突出贡献的中青年专家。2000年获教育部中国高校自然科学一等奖，2001年获浙江省自然科学一等奖，2005年获浙江省科技进步一等奖，2005年被国家科技部聘为973项目“作物氮、磷高效利用分子机理”首席科学家。近5年内在国内外核心刊物上发表学术论文60余篇，其中SCI收录论文40余篇，包括在Plant Cell, Plant Physiology, J Plant等国际顶级与权威学术刊物上发表论文10多篇。研究成果被广泛引用，应邀多次在国内外际学术会议上作大会报告。目前是浙江省特级专家、中国植物生理学会常务理事，浙江省植物生理学会理事长。

王道文

1993年在英国John Innes研究中心获博士学位，1997年入选中国科学院"****"， 现任分子农业生物学研究中心主任，
1997年获国家杰出青年科学基金。

　　王道文博士领导的创新研究组主要研究方向是植物分子和细胞生物学，农作物籽粒品质、养分利用效率以及抗病性的遗传基础、分子机制与改良，主要研究内容包括以下三个方面。

　　1. 小麦籽粒加工品质的遗传基础与改良
　　小麦籽粒品质性状包括多个方面，如蛋白品质、淀粉品质、以及营养品质等。本组目前的研究主要涉及小麦籽粒加工品质的遗传基础与改良，具体内容是从小麦及其近缘种中分离与小麦籽粒加工品质相关的储藏蛋白基因，研究其产物的功能，并在此基础上建立我国小麦加工品质改良的分子育种研究体系。本项研究由中科院生物技术基金、科技部973项目基金和科技部863项目基金资助。
　　2. 植物氮、磷元素利用效率的分子基础与改良
　　提高农作物对土壤中矿质元素的利用效率对于减少化肥施用量、降低农作物成本和保护生态环境具有重要意义。多年的遗传、生理和生化研究表明植物对矿质元素的吸收、同化和利用过程受多个基因的参与和调控。利用模式植物拟南芥开展了对植物核苷转运蛋白和植物紫色酸性磷酸酶的研究，目的是在认识功能的基础上，利用这两类基因分别提高农作物对氮、磷元素的利用效率。本项研究由科技部转基因植物专项经费和国家自然科学基金资助。
　　
　　3.小麦细胞与黄矮病毒互作的分子机制及其在提高小麦抗病性研究中应用
　　黄矮病毒（BYDV）感染小麦后引起小麦植株严重黄化和矮化，创新研究组以BYDV的运动蛋白为起点开始探索BYDV的韧皮部局限性是否是导致病害症状的主要原因。研究结果表明BYDV MP具有较强的核酸结合性能。在昆虫和植物细胞中表达BYDV MP，发现MP蛋白不仅定位于细胞核膜，而且能在核膜上形成一种特殊的结构。基于上述认识，形成了继续研究BYDV MP与寄主细胞互作的工作模型。此研究得到国家杰出青年基金和科技部973项目资助。


原文摘要：

GDP-mannose pyrophosphorylase is a genetic determinant of ammonium sensitivity in Arabidopsis thaliana

Abstract
Higher plant species differ widely in their growth responses to ammonium (NH4+). However, the molecular genetic mechanisms underlying NH4+ sensitivity in plants remain unknown. Here, we report that mutations in the Arabidopsis gene encoding GDP-mannose pyrophosphorylase (GMPase) essential for synthesizing GDP-mannose confer hypersensitivity to NH4+. The in planta activities of WT and mutant GMPases all were inhibited by NH4+, but the magnitude of the inhibition was significantly larger in the mutant. Despite the involvement of GDP-mannose in both l-ascorbic acid (AsA) and N-glycoprotein biosynthesis, defective protein glycosylation in the roots, rather than decreased AsA content, was linked to the hypersensitivity of GMPase mutants to NH4+. We conclude that NH4+ inhibits GMPase activity and that the level of GMPase activity regulates Arabidopsis sensitivity to NH4+. Further analysis showed that defective N-glycosylation of proteins, unfolded protein response, and cell death in the roots are likely important downstream molecular events involved in the growth inhibition of Arabidopsis by NH4+.