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钾和氮是植物生长发育所必需的大量元素,直接影响植物的生长发育以及作物的产量和品质。K+在酶促反应、渗透调节、电荷平衡等方面都起着重要的作用,而N则是碳化合物的组成成分,构成了氨基酸、蛋白质、核苷酸等物质。农作物生产实践表明,钾和氮的吸收和转运是协同进行的,但其分子调控机制仍不明确。实验室前期研究发现,拟南芥硝酸根转运体NRT1.5不仅负责NO3-从根向冠的转运,同时还影响K+从根部向冠部的运输过程。因此,NRT1.5很可能是钾和氮协同运输的重要组分。已有研究表明钾缺乏抑制NRT1.5的转录,说明NRT1.5的转录能够响应环境中钾浓度变化,但低钾抑制NRT1.5转录的调控机制尚属未知。本论文工作证明了 MYB59是NRT1.5的正向转录调控因子,低钾可通过抑制MYB59的转录及促进MYB59蛋白的降解进而抑制NRT1.5的转录,最终调节拟南芥中钾和氮的协同转运过程。通过表型筛选获得一个拟南芥低钾敏感突变体lks3。在低钾条件下lks3表现出冠部比野生型提前发黄的表型,图位克隆及表型检测结果显示LKS3编码转录因子蛋白MYB59。myb59突变体表现出和lks3类似的低钾敏感表型,且myb59的回补材料能将其低钾敏感表型恢复至野生型水平,说明myb59的低钾敏感表型是由MYB59基因的突变引起的。MYB59在拟南芥体内存在保守的可变剪切,其中最长的转录本MYB59.3能够恢复myb59突变体的低钾敏感表型,说明MYB59.3在低钾响应过程中发挥主要作用。离子含量测定结果显示,低钾条件下myb59突变体的根部积累了更多的K+和NO3-,而冠部的K+和NO3-含量降低,说明MYB59调控K+和NO3-从根向冠的转运过程。RNA-seq和Rea1-time PCR结果显示myb59突变体中1NRT1.5的转录水平显著降低,说明MYB59正调控NRT1.5的转录。myb59和nrt1.5突变体表型相似,对低钾的敏感程度较为一致,而且它们在K+和N03-从根向冠的转运上都存在缺陷。myb59 nrt1.5双突变体的低钾表型及钾含量与nrt1.5突变体一致,说明MYB59和NRT1.5在低钾响应过程中处于同一通路。此外,pPHO1:NRT1.5能够回补nrt1.5和myb59的低钾敏感表型,说明MYB59位于NRT1.5的上游。分析表明NRT1.5的启动子上存在MYB59的结合元件,ChIP及EMSA实验分别从体内和体外证明MYB59.3蛋白可以直接结合在NRT1.5的启动子区域。实验结果还表明,低钾处理可以同时抑制MYB59及NRT1.5的转录水平。而半体内蛋白降解实验结果表明,低钾处理后MYB59.3蛋白被快速降解。本论文研究结果表明,MYB59是NRT1.5的正向转录调节因子。在正常钾条件下,MYB59促进NRT1.5的转录,进而促进拟南芥中K+和NO3-从根向冠的协同运输过程。低钾胁迫时,MYB59的转录水平和蛋白水平均被下调,结果使NRT1.5的转录被抑制,K+和NO3-从根向冠的协同转运也随之受抑。论文研究工作证明了 MYB59和NRT1.5这一转录调控通路在植物响应环境钾亏缺、调控钾/氮协同转运及根冠分配方面有重要作用。