植物科学：栄養による生長調節ネットワークにおける硝酸イオン–CPK–NLPシグナル伝達の発見

栄養シグナル伝達は、遺伝子発現と代謝、生長を統合し調和させている。しかし、そうした初期のシグナル伝達の根底にある分子機構は、動植物のいずれにおいてもまだ十分理解されていない。今回我々は、シロイヌナズナ（Arabidopsis）の葉および根において、超高感度バイオセンサーのライブ画像化法で明らかになった、硝酸イオンによって引き起こされる特徴的なCa²⁺シグナル伝達について報告する。硝酸シグナルに敏感かつ的を絞った機能ゲノムスクリーニングから、サブグループIIIのCa²⁺センサープロテインキナーゼ（CPK）が、初期硝酸応答を統合するマスター調節因子であることが明らかになった。CPK10(M141G)改変体を用いた化学スイッチは胚性致死を回避し、広範囲な硝酸シグナル関連の調節および発生プログラムを明らかにするためのcpk10 cpk30 cpk32三重変異体の条件依存的解析を可能にした。硝酸イオン共役型のCPKシグナル伝達は、植物で広く保存されたNLP（NIN-LIKE PROTEIN）転写因子をリン酸化し、下流の転写因子や輸送体、窒素同化、炭素/窒素代謝、酸化還元、シグナル伝達、ホルモン、増殖に関わる遺伝子セットの再プログラム化を規定する。条件的なcpk10 cpk30 cpk32変異体およびnlp7変異体では同様に、硝酸イオンによって誘導される地上部の生育と根系の確立のシステム全体に支障が観察された。栄養と結び付いたCa²⁺シグナル伝達ネットワークは、トランスクリプトームおよび細胞の代謝、地上部–根のバランス、器官バイオマスや構造を方向付ける際の発生上の可塑性を統合している。

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