Shoot-to-Root Mobile Transcription Factor HY5 Coordinates Plant Carbon and Nitrogen Acquisition

开枪 生物 氮气 植物 转录因子 基因 遗传学 量子力学 物理
作者
Xiangbin Chen,Qin-Fang Yao,Xiuhua Gao,Caifu Jiang,Nicholas P. Harberd,Xiangdong Fu
出处
期刊:Current Biology [Elsevier]
卷期号:26 (5): 640-646 被引量:512
标识
DOI:10.1016/j.cub.2015.12.066
摘要

Coordination of shoot photosynthetic carbon fixation with root inorganic nitrogen uptake optimizes plant performance in a fluctuating environment [1]. However, the molecular basis of this long-distance shoot-root coordination is little understood. Here we show that Arabidopsis ELONGATED HYPOCOTYL5 (HY5), a bZIP transcription factor that regulates growth in response to light [2, 3], is a shoot-to-root mobile signal that mediates light promotion of root growth and nitrate uptake. Shoot-derived HY5 auto-activates root HY5 and also promotes root nitrate uptake by activating NRT2.1, a gene encoding a high-affinity nitrate transporter [4]. In the shoot, HY5 promotes carbon assimilation and translocation, whereas in the root, HY5 activation of NRT2.1 expression and nitrate uptake is potentiated by increased carbon photoassimilate (sucrose) levels. We further show that HY5 function is fluence-rate modulated and enables homeostatic maintenance of carbon-nitrogen balance in different light environments. Thus, mobile HY5 coordinates light-responsive carbon and nitrogen metabolism, and hence shoot and root growth, in a whole-organismal response to ambient light fluctuations.
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