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适应复杂环境是植物生存及农作物稳产的核心问题，而干旱与养分缺乏是植物最常面临的并发胁迫。解析植物整合复杂环境信号的机制，既是理解其生存策略的关键，也是培育兼具养分高效和逆境抗性的未来作物新品种的理论基础。当前研究主要集中于单一信号的感知与应答，而对复杂环境信号整合机制尚缺乏系统认知。
8月11日，国际顶刊《细胞》(Cell) 在线发表了团队题为《NRT1.1B作为植物ABA受体整合复杂环境信号》（NRT1.1B acts as an abscisic acid receptor in integrating compound environmental cues for plants）的研究论文。研究发现，植物中的NRT1.1B蛋白就像一个“智能开关”，能同时感知土壤中的氮营养状态和逆境信号，并根据环境变化指挥植物做出最优选择，实现对复杂环境的适应。
研究团队发现，NRT1.1B——一个传统意义上的细胞膜硝酸盐受体，可以作为植物逆境激素脱落酸（Abscisic Acid，ABA）受体，介导硝酸盐与ABA信号的感知与整合。该研究不仅证实了ABA膜受体的存在，突破了ABA信号感知主要依赖胞内受体的传统认知，更揭示了植物平衡养分利用与抗逆的分子机制，为培育氮高效且抗逆的未来作物提供了理论支撑。我们将有可能培育出既耐干旱、又能高效利用氮元素的作物新品种——它们不需要太多化肥，也能在逆境中高产，有望持续推动“减肥节水”绿色农业的发展。
在自然界中，矿质养分的有效含量通常较低，而当前植物逆境生物学及ABA信号研究却多在营养过剩的培养条件下开展。该研究发现，在低硝酸盐（LN）环境下，水稻对生理浓度ABA的转录响应十分剧烈；而在高硝酸盐（HN）环境下，这种转录响应则受到显著抑制，ABA激活基因数不足LN条件下的30%（图1A），且受诱导基因的上调程度也显著低于LN条件（图1B）。因此，LN条件下可触发更为活跃的ABA响应，这也暗示植物体内存在能够整合氮营养状态和ABA信号的分子机制，植物能根据氮营养的状态，调整对逆境的“敏感度”。
有意思的是，硝酸盐受体NRT1.1B对ABA表现出明显更强的亲和力。此外，ABA可促进NRT1.1B与抑制蛋白SPX4在细胞膜上发生互作，使得SPX4束缚的转录因子NLP4得以释放而进入细胞核内，激活核内的ABA转录响应。因此，该研究揭示了NRT1.1B-SPX4-NLP4共同介导的从细胞膜感知到细胞核转录应答的完整ABA信号通路。
值得注意的是，ABA和硝酸盐可竞争结合NRT1.1B，因此赋予植物在不同氮营养状态下产生灵活的ABA应答反应，从而整合不同环境信号，展示出植物整合复杂环境信号的精妙调控策略（图1C）。此外，NRT1.1B的ABA结合位点在高等植物NRT1.1同源蛋白中高度保守，说明NRT1.1感知ABA信号是植物界中普遍存在的机制，也进一步证明了NRT1.1在植物长期适应自然环境过程中，对平衡养分利用与逆境抗性的重要作用。
图1 NRT1.1B-SPX4-NLP4模块整合氮营养与ABA信号通路
综上，ABA细胞膜受体NRT1.1B的鉴定是ABA信号领域的重大突破，为理解植物平衡营养与胁迫信号提供了分子机制框架。该研究深化了环境适应机制的理论认知，开辟了抗逆作物设计新途径，并为解析多物种复合逆境适应机制指明新方向。
该研究在审稿过程中获得了同行专家的高度评价，认为“这是一项令人兴奋且期盼已久的工作，将会对植物生物学乃至更多研究领域产生深远影响（This is an exciting and timely study that will have a significant impact on the field of plant biology and beyond）”；“该项工作是我们认知植物营养状态对逆境耐受关键作用的重大进展（This work represents a strong and remarkable advance in our understanding of the nutrient dependency in abiotic stress tolerance in plants）”。
附专家点评：
李家洋院士：
水稻是最重要的粮食作物之一，保障其高产、稳产关乎人民生活命脉。然而水稻生产高度依赖水资源和化肥投入，据统计，我国水稻种植每年消耗淡水资源超过2000亿立方、氮肥超过1500万吨。尤其全球气候变化导致高温、干旱等极端天气频发，以及过量化肥使用导致的环境污染，对水稻种植提出了新的挑战，而培育“节水减肥”的“资源高效型”水稻新种质是应对这些挑战的关键。深入理解植物对不同环境信号应答及整合的工作机制有望为“资源高效型”水稻育种带来重要契机。
近日，储成才教授团队的研究工作发现水稻硝酸盐受体NRT1.1B可以作为逆境激素脱落酸（ABA）受体，实现氮信号与逆境信号的感知与整合，从而赋予植物对复杂逆境的适应性。此项重大发现是该团队在植物氮高效及氮信号研究基础上的持续性创新。该研究揭示了氮信号与逆境信号的耦合感知机制，系统阐明了NRT1.1B感知ABA的关键生化基础与信号转导途径。结合该团队前期对NRT1.1B介导硝酸盐信号感知与转导所建立的信号体系，NRT1.1B有望成为精准操控养分高效利用与逆境抗性的关键节点。该项工作代表了复杂环境信号感知与整合分子机制研究的突破性与前瞻性成果，有望为“资源高效型”水稻种质创新提供关键理论支撑。
种康院士：
储成才团队这项研究发现传统硝酸盐受体 NRT1.1B 可作为 ABA 的新型受体，打破了对植物 ABA 感知系统的固有认知。通过解析 NRT1.1B 与 ABA 的高亲和力结合机制，明确关键残基 R48 的作用，揭示了硝酸盐与 ABA 通过竞争性结合调控信号通路的分子基础，为营养信号与逆境信号交叉调控研究提供了全新范式。NRT1.1B-SPX4-NLP4 级联通路的阐明，完善了 ABA 信号从细胞膜到细胞核的传递通路。研究工作是植物逆境信号感知领域的重大突破，具有重要的理论意义。
此外，研究发现，这一机制在不同植物中的保守性为作物改良提供了普适靶点。利用这一发现可精准调控植物在低氮贫瘠环境下的抗旱响应，田间实验也证实，其能显著减少干旱导致的产量损失，这为培育兼具养分高效利用与逆境耐受的作物新品种开辟了新途径，对农业可持续发展具有重要指导意义和应用潜力。
韩斌院士：
自上世纪50年代植物激素脱落酸（ABA）发现以来，伴随ABA应答核心组分的鉴定与调控机制的研究，植物响应环境变化的工作机制已形成系统的理论框架。其中，细胞质ABA受体RCAR/PYR1/PYLs的发现奠定了ABA信号通路探索的基础，代表了植物逆境生物学研究的里程碑。然而，大量生理证据表明ABA可以在植物中不同的组织部位合成，其信号感知也可在不同亚细胞位置发生，暗示更多样的ABA感知体系的存在。但是，近15年，新ABA受体的鉴定依然缺乏有力证据。
近日，华南农业大学储成才教授团队报道了一个新型ABA受体，该里程碑式的工作不仅为植物ABA信号研究开创了全新方向，更为重要的是，该研究是思考模式的转变带来突破性发现的范例，对后续科学研究具有重要启发价值。自然界矿质营养元素的有效含量通常处于较低水平，然而目前植物学研究通常是在营养过剩的培养条件下进行。区别于传统植物逆境生物学及ABA信号研究，该项工作首次把ABA信号应答结合其进化的自然环境，而非传统的固定模式。正是由于研究方式的转变，使该研究得以发现氮营养状态对ABA响应的决定作用，暗示氮-ABA信号的拮抗与复杂信号的整合。基于充分且扎实的生化与遗传证据，该研究发现了一个传统意义上的细胞膜硝酸盐受体NRT1.1B，能够以更高的亲和力结合ABA，并作为细胞膜ABA受体介导其信号感知。更为重要的是，基于NRT1.1B对硝酸盐和ABA的“双受体”功能，植物可以根据所处的营养状态调整ABA信号的感知与应答能力，实现智能化响应。
该项突破性工作不仅为理解植物响应复杂环境信号提供了全新视野，为植物环境适应性研究带来重要的发展机遇与知识体系变革，也为精准操控作物养分高效与逆境抗性平衡奠定了理论基础。
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