奥地利科学技术研究所 图中显示了细胞长度、相对生长素含量的差异，以及在添加铵和硫的拟南芥根尖中相邻细胞档案之间PIN2生长素转运蛋白的定位
硝酸盐
信用:奥地利IST 氮是植物最重要的营养物质之一
它在土壤中的有效性在植物生长和发育中起着重要作用，从而影响农业生产力
奥地利IST的科学家们现在能够展示植物是如何根据不同的氮源调节它们的根生长的
在《EMBO日报》发表的一项新研究中，他们对根系适应的分子途径提出了见解
像任何其他植物一样，拟南芥或鼠耳水芹需要氮来生存和茁壮成长
但是，像玉米、大豆和甜菜一样，它更喜欢硝酸盐形式的氮，在富含硝酸盐的土壤上生长更好
然而，例如松树和水稻优先生长在铵营养上，铵营养是另一种重要的大量营养氮
如果不同形式的氮的浓度或可用性波动，植物必须快速适应
“一个最重要的问题是，植物激素在适应氮的可利用性中起什么作用？工厂内的机器如何应对不断变化的环境？”发展生物学家、ist科技学院教授伊娃·本科夫问道
找到平衡 为了寻找答案，伊娃·本可娃研究团队的博士后克里斯汀娜·奥特沃斯与来自马德里政治大学、智利天主教大学、奥地利理工学院和蒙彼利埃大学的同事们着眼于两个极端:他们比较了当科学家们将完全依靠铵生长的拟南芥幼苗转移到含有铵或硝酸盐的培养基中时，它们的反应
如果一种植物生活在不适宜的土壤中，它会尽可能长时间地保持根部生长，以获得更合适的氮形态
维持根生长的主要过程是分生组织(由未分化细胞组成的植物组织)中的细胞增殖和细胞扩增
工厂必须在这两者之间找到一个良好的平衡
有了铵，氮的形式拟南芥就不那么喜欢了，水芹的分生区产生的细胞更少
相反，它们很快被拉长
“一旦我们将植物转移到硝酸盐中，分生组织突然变大，产生了更多的细胞，细胞扩增有不同的动力学，”本科夫说
“现在，拟南芥可以为细胞分裂提供更多的能量，并以不同的方式优化其根的生长
" 视频捕捉到添加了铵的拟南芥根尖的生长
硝酸盐
信用:奥地利IST
控制激素流量 植物是投资于细胞增殖还是细胞伸长取决于生长素的水平
这种植物激素对所有发育过程都至关重要
它通过特殊的生长素运输子以非常可控的方式从一个细胞运输到下一个细胞
控制生长素运输出细胞的蛋白质，即所谓的外排载体，根据它们位于细胞的哪一侧来调节生长素的流动
Benková和她的团队对生长素转运蛋白PIN2特别感兴趣，它在根尖介导生长素的流动
研究人员能够确定PIN2是建立细胞分裂和细胞伸长之间平衡的主要因素
“我们观察到，一旦我们将植物转移到硝酸盐上，PIN2的定位就会改变
因此，它改变了生长素的分布
" 另一方面，PIN2的活性受其磷酸化状态的影响
“真正让我们惊讶的是，一种修饰，一种像外排载体一样的大蛋白质的磷酸化，可以对根的行为产生如此重要的影响，”本科夫补充道
此外，作为磷酸化目标的PIN2的氨基酸存在于许多不同的植物物种中，这表明PIN2可能普遍参与其他植物物种对改变氮源的适应策略
下一步，研究人员想了解控制磷酸化状态变化的机制
非常仔细的观察 “目前的研究是许多不同人参与的结果，从细胞生物学家和计算机科学家到从事高级显微镜研究的人
这真的是一个多学科的方法，”伊娃·本科夫强调
例如，为了仔细观察拟南芥根部的过程，生物学家使用了一种垂直共焦显微镜——这是一种特别适用于IST的工具，以满足研究人员的需要
显微镜不是水平的，而是使用垂直的，这样你就可以按照自然的方式观察植物的生长——沿着重力因子
凭借其高分辨率，本科夫和她的团队能够实时观察拟南芥根中的细胞是如何分裂和扩张的
在之前的一个项目中，奥地利IST的研究人员赢得了尼康公司的“运动中的小世界”视频竞赛，展示了在显微镜下对正在生长的拟南芥根尖的实时跟踪
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