BnaNAC19 促进甘蓝型油菜低氮诱导的叶片衰老和氮素再分配

《Plant Science》：BnaNAC19 promotes low-nitrogen-induced leaf senescence and nitrogen remobilization in Brassica napus L.

　　- BnaNAC19 在油菜老叶中受低氮诱导。- BnaNAC19 过表达加速低氮诱导的叶片衰老。- BnaNAC19 增强 ¹⁵N 从老叶向幼叶的再分配。- BnaNAC19 改善种子氮分配和氮收获指数。## 引言油菜（*Brassica napus* L.）是一种主要油料作物，在营养生长和种子生产阶段对氮（N）的需求较高。然而，尽管该作物具有较强的氮吸收能力，其氮素利用效率（NUE）却往往较低。这一表面矛盾与内部氮素回收效率和生殖氮分配效率低下密切相关。在油菜中，叶片作为有机氮和无机氮的重要临时储存库，但相当比例的叶片氮素在有效转运至正在发育的库器官之前，就会通过过早的叶片衰老和脱落而损失。因此，提高从衰老叶片中回收氮素并将其分配到幼嫩组织或生殖器官的能力，是提高油菜氮素利用效率的关键途径。叶片衰老与营养元素再分配密切相关。在这一过程中，叶绿体蛋白和其他富含氮的大分子被降解，释放的氮转化为可转运的化合物，重新分配到活跃生长的器官或种子中。在低氮条件下，这种回收过程尤为重要，因为外部氮素的获取受到限制，植物生长越来越依赖于内部氮储备。然而，衰老的后果取决于其发生的时机和协调程度。过度或失控的衰老可能降低光合能力并限制生物量积累，而适当调控的衰老可以在不造成严重产量损失的情况下增强对源叶中营养元素的回收。因此，鉴定那些在低氮诱导衰老过程中促进高效源-库氮再分配的调控因子，对于提高油菜对减少氮投入的适应性具有重要意义。衰老叶片中氮的导出依赖于代谢降解和长距离运输。硝酸盐、氨基酸和其他含氮化合物参与这一过程，其再分配由多个转运蛋白家族介导。在拟南芥中，NRT1.7 参与从老叶向需氮组织的硝酸盐再分配，而氨基酸转运蛋白参与氨基酸装载和全株氮运输。在油菜中，源-库氮分配长期以来被认为是氮素收获和种子形成的关键决定因素，近期研究进一步强调了氮再分配对种子氮积累和产量形成的重要性。然而，连接低氮信号、叶片衰老和源叶氮导出的转录调控因子仍有待深入了解。NAC 转录因子非常适合协调植物中的发育和应激响应过程。该家族成员调控多种生物事件，包括器官发育、应激响应、程序性细胞死亡以及叶片或花器官衰老。在拟南芥中，NAC 转录因子如 ANAC092/ORE1 和 ORS1 作为衰老的正向调控因子，而 JUB1 和 VNI2 则与延迟或减弱衰老响应有关。NAC 蛋白也参与氮相关响应。例如，NAC056 在拟南芥中参与硝酸盐同化，OsSNAC1 在水稻中调控硝酸盐转运基因，TaNAC2-5A 在小麦中调控参与硝酸盐转运和同化的基因并促进氮向籽粒分配。在油菜中，BnaA9.WRKY47 通过调控衰老相关基因 *BnaC7.SGR1* 以及氮运输相关基因 *BnaA9.AAP1* 和 *BnaA2.NRT1.7* 来协调源叶衰老和氮再分配。这些发现表明转录因子可以连接衰老相关的氮释放与转运蛋白介导的氮导出，尽管这一过程中在油菜中的 NAC 调控因子仍有待深入研究。*BnaNAC19* 是一个油菜 NAC 转录因子，此前研究表明其具有转录激活活性，并能在本氏烟草叶片和油菜原生质体中诱导活性氧积累和类似过敏性反应的程序性细胞死亡。由于低氮诱导的衰老需要对富含氮的细胞成分进行协调降解并将释放的氮从源叶导出，这些特性提示 *BnaNAC19* 可能在衰老相关的氮再分配中发挥作用。然而，*BnaNAC19* 是否响应氮限制或调控叶片衰老和源-库氮再分配尚不明确。为了确定 *BnaNAC19* 是否在油菜中连接低氮诱导的源叶衰老与向正在发育库器官的氮再分配，我们在不同氮条件下检测了其功能。我们发现 *BnaNAC19* 受低氮胁迫诱导，且优先在老叶和角果中表达。*BnaNAC19* 过表达植物在低氮条件下表现出老叶衰老加速，并且通过 ¹⁵N 示踪证实氮再分配增强。在成熟期，在减少氮供应条件下，*BnaNAC19* 过表达提高了种子生物量、种子氮积累量和氮收获指数。转录组和 RT-qPCR 分析进一步表明，*BnaNAC19* 过表达与老叶中衰老相关和氮运输相关基因表达增加有关。这些结果表明，*BnaNAC19* 促进低氮响应的叶片衰老，并促进油菜中从源叶向正在发育的库器官的氮再分配。## 章节摘要### 植物材料和生长条件本研究使用了两条独立的 *BnaNAC19* 过表达（OE）株系 OE-1 和 OE-2 及其野生型受体品种 Westar。所有种子均用 1% NaClO 浸泡 15 分钟，随后用蒸馏水冲洗。表面消毒后的种子放入含有蒸馏水的试管中，于 4°C 下预处理 12 小时，然后在生长室中（设定为 22°C，16/8 小时光/暗周期，光照强度 300–320 μmol m?2 s?1，湿度 60–75%）置于纯净水浸湿的纱布上萌发。### *BnaNAC19* 受低氮诱导，优先在老叶和角果中表达为了鉴定油菜中可能参与叶片衰老和氮再分配的 NAC 转录因子，我们首先检测了 *BnaNAC19*，即拟南芥 NAC019 的同源基因。系统发育分析表明，*BnaNAC19* 与拟南芥和油菜中的 *NAC019* 同源基因聚为一簇。由于 *BnaNAC19* 此前已被表征为与细胞死亡相关过程有关的油菜 NAC 转录因子，因此被选为后续研究对象。为了探索其在### *BnaNAC19* 连接低氮响应与油菜源叶衰老叶片衰老是将营养元素从源叶回收到活跃生长组织和生殖器官的重要途径。在油菜中，这一过程尤为关键，因为脱落后从叶片中回收氮素的效率低下是其氮素利用效率和氮收获指数相对较低的原因之一。因此，鉴定连接低氮响应与源叶衰老的调控因子是### 结论综上所述，我们的研究结果支持 BnaNAC19 作为油菜中低氮响应的源叶衰老和内部氮再分配调控因子的作用。*BnaNAC19* 过表达提高了氮素利用效率，增强了 ¹⁵N 从老叶向幼叶的再分配，促进了氮向种子的分配，并伴随着田间试验中种子产量的增加。转录组学、RT-qPCR 和双荧光素酶分析进一步将 *BnaNAC19* 与衰老相关和氮运输相关基因联系起来。这些发现提供了### CRediT 作者贡献声明**Jianghe Li：** 调查研究、数据整理、形式分析、方法学、验证、可视化、初稿撰写、审阅与编辑。**Lei Yao：** 验证、调查研究、数据整理、形式分析、方法学。**Jian Zeng：** 资源、调查研究。**Xu Wang：** 验证、资源、调查研究。**Kai Zhang：** 资金获取、调查研究、方法学、可视化。**Shiyao Cui：** 可视化、形式分析。**Zhenhua Zhang：** 审阅与编辑、监督，### 生成式人工智能及人工智能辅助技术在写作过程中的声明在撰写本手稿期间，作者使用了 DeepSeek 和 ChatGPT 进行语言编辑。作者随后对内容进行了审查和必要修改，并对手稿的最终版本承担全部责任。### 资金来源本研究得到国家自然科学基金（32402666）、湖南省自然科学基金（2025JJ60141）、岳麓实验室人才计划（2024RC2040）和中国农业科研体系（CARS-01-30）的资助。资助机构未参与研究设计、数据收集与分析、结果解读、手稿撰写或投稿决定。### 利益冲突声明作者声明不存在可能影响本论文报告工作的已知的竞争性经济利益或个人关系。### 致谢我们感谢中国西北农林科技大学江元清教授构建 *BnaNAC19*-OE 株系。Jianghe Li | Lei Yao | Jian Zeng | Xu Wang | Kai Zhang | Shiyao Cui | Zhenhua Zhang | Pan Gong