Нпф что это такое и зачем: что это такое, устройство, преимущества и риски

Введение

Arabidopsis NPF6.3, также известный как CHL1 и NRT1.1, несомненно, является наиболее хорошо изученным растительным NRT в семействе NPF. Со времени открытия NPF6.3s в 1993 году (Tsay et al., 1993) многочисленные исследования посвящены изучению его в функциональном и транспортном механизме Planta (, рисунки 1, 2 ). Исходя из этих исследований, NPF6.3 является универсальным транспортным белком по своей субстратной специфичности, предполагаемой физиологической функции и расположению в клетках и органах.В корнях было предложено, чтобы NPF6.3 принимал непосредственное участие в транспорте как высокоаффинных, так и малоаффинных нитратов (Huang et al., 1996; Wang et al., 1998; Liu et al., 1999). Его активность через градиенты концентрации была связана с регуляцией нитратного транспорта и генов ассимиляции как части первичного нитратного ответа в корнях растений, приводящего к росту корней к богатым нитратами почвам (Remans et al., 2006; Ho et al., 2009 ). В листьях NPF6.3 экспрессируется в защитных клетках и связан с функцией устьиц и эффективностью использования воды (Guo et al., 2003). NPF6.3 также транспортирует ауксин, процесс, отрицательно регулируемый нитратами. Взаимодействие между ауксином и нитратом связано с ощущением нитратов и регуляцией нитратзависимого развития корней (Remans et al., 2006; Krouk et al., 2010; Bouguyon et al., 2015). Активность NPF6.3 была также обнаружена в зарождающихся органах и считается важной для развития и роста корней, стеблей, листьев и цветочных почек (Guo et al., 2001).

РИСУНОК 2. Обновлен AtNPF6.3 Модель. (A) На стадии, обращенной внутрь, внеклеточные протоны могут входить и связываться с мотивом EXXER и His356 через возможную сеть молекул воды, наблюдаемую в бактериальных NPF, инициирующих конформационную перестройку в направлении наружу; (B) В то время как солевой мостик состоит из K164 и E476, удерживающих внешнюю конформацию, молекулы нитратов проникают в белок и связываются с протонированным His356; (C) Нитраты связывают His356 и разрушают солевой мостик.Это вызывает перестройку белка к обращенной внутрь стадии; (D) Нитраты и протоны высвобождаются через внутриклеточные ворота белка.

Недавно была описана структура NPF6.3 (Parker and Newstead, 2014; Sun et al., 2014). В обеих моделях был сделан вывод, что NPF6.3 транспортирует нитрат с использованием механизма «чередующегося доступа», аналогичного бактериологическим гомологам, где транспорт субстрата облегчается конформационной перестройкой между обращенными наружу, окклюдированными и обращенными внутрь ступенями (рис. 2) (Solcan и другие.2012). Транспортный цикл начинается с протонирования остатка, связывающего субстрат, h456, за которым следует связывание нитратов с протонированным His356 посредством взаимодействия заряд-заряд, когда NPF6.3 находится в обращенной наружу стадии. Однако недавнее исследование бактериального гомолога NPF / POT / PTR (PepT _Xc ) показало, что связывание протонов и субстрата членов NPF может включать два независимых события, происходящих на стадиях, обращенных внутрь и наружу, соответственно (Parker et al. al., 2017).В своей обращенной внутрь структуре в центральной полости наблюдается сеть молекул воды, простирающаяся от сайта связывания субстрата до мотива ExxER. Это может облегчить проникновение внеклеточных протонов, связанных с водой, и их связывание с сайтами связывания протонов, чтобы инициировать изменение конформации, даже когда внеклеточный затвор закрыт (Рисунок 2). Конформационное изменение NPF6.3 во время транспорта нитрата было подтверждено с помощью FRET-анализа флуоресцентного датчика NPF6.3, расположенного между акцептором и донорным флуорофором в присутствии или отсутствии нитрата (Ho and Frommer, 2014).Это изменение сигнала FRET было специфичным для нитратов и не могло быть затронуто другими ионами или дипептидами.

Две независимые структуры объясняют механизм транспорта нитратов NPF6.3. Они также подтверждают стехиометрию протон / нитратный симпот 2: 1, наблюдаемую у корней арабидопсиса из физиологических и электрофизиологических исследований (Meharg and Blatt, 1995; Miller and Smith, 1996). Тем не менее, все еще существуют вопросы относительно NPF6.3, такие как его двухаффинная транспортная активность, транспорт ауксина и его связь с передачей сигналов нитратов.В этом обзоре эти вопросы обсуждаются с акцентом на последние разработки в NPF6.3 и его гомологах.

His356 является ключевым структурным элементом для транспорта нитратов

AtNPF6.3 делится консервативными структурными элементами (мотив ExxER и солевой мостик межклеточных ворот) с бактериологическими гомологами NPF. Однако остаток связывания субстрата His356 является уникальным для выбранного количества растительных NPF (Parker and Newstead, 2014; Sun et al., 2014; Hu et al., 2015; Wen et al., 2017).His356 заменяет и консолидирует функцию пептидного связывающего / специфического кармана и протон-связывающих остатков, расположенных на TM7 бактериальных NPF (Newstead, 2017). Активность связывания нитратов His356 была продемонстрирована в исследованиях мутагенеза, в которых h456A устранял активность транспорта нитратов в AtNPF6.3 (Parker and Newstead, 2014; Sun et al., 2014). Селективная функция нитратов была недавно обнаружена в гомологе кукурузы AtNPF6.3, ZmNPF6.4, где заменяют Tyr370 на His (эквивалентный AtNPF6.3: His356) изменил селективность субстрата от хлорида к нитрату (Wen et al., 2017). Помимо AtNPF6.3, только два других опубликованных NPF содержат эквивалентный остаток His, ZmNPF6.6 и OsNPF6.5 (Hu et al., 2015; Wen et al., 2017). Интересно, что при совместном использовании остатка селективности по нитратам оба NPF способствуют переносу нитратов при низких концентрациях (0,25 мМ), что позволяет предположить, что остаток His также важен для высокоаффинного переноса нитратов.

Транспорт хлоридов в NPF6s

Наша группа недавно охарактеризовала активность транспорта хлорида в AtNPF6.3, и его His-содержащий гомолог, ZmNPF6.6 (Wen et al., 2017). На NPF6.3 и ZmNPF6.6 переносят хлорид при отсутствии нитрата по линейной ненасыщенной схеме. Согласно Ho и Frommer (2014), хлорид не изменяет сигнал FRET флуоресцентного датчика AtNPF6.3. Поэтому AtNPF6.3 должен сохранять свою конформацию, не проходя цикл «альтернативного доступа» при транспортировке хлорида. Кроме того, транспорт хлорида в AtNPF6.3 вряд ли будет включать эпизод связывания субстрат-транспортер, поскольку в AtNPF6 не было захвачено ни одной молекулы хлорида.3 структуры во время кристаллизации, даже если хлорид присутствовал (Sun et al., 2014). Учитывая сильное ингибирование нитрата при переносе хлорида как в AtNPF6.3, так и в ZmNPF6.6, мы предполагаем, что заполнение нитратом кармана, связывающего субстрат, должно блокировать перенос хлорида (Wen et al., 2017). Свойства транспорта хлоридов у AtNPF6.3 и ZmNPF6.6 указывают на каналообразную активность, сходную с активностями, наблюдаемыми в семействах белков, включая LacY, AKT, KUP и CLC (Conde et al., 2010). Тем не менее, оба белка должны преодолевать внутренний градиент концентрации хлоридов (~ 24–62 мМ), чтобы обеспечить поглощение хлорида в ооцитов Xenopus (Weber, 1999; Bröer, 2010).Это говорит о том, что некоторый уровень облегченного транспорта хлоридов может происходить в AtNPF6.3 и ZmNPF6.6. Хлористая проницаемость этих NPF может предоставить растениям физиологическую возможность для поглощения хлорида (Wege et al., 2017). Соответственно, селективность в отношении нитратов может препятствовать чрезмерному поглощению хлоридов, чтобы избежать токсичности хлоридов (Wen et al., 2017). Кроме того, учитывая аналогичное влияние нитрата на транспорт ауксина в AtNPF6.3, активность транспорта ауксина может иметь сходный каналообразный механизм с таковым для хлорида (Krouk et al.2010). Дополнительные структурные доказательства потребуются для подтверждения, если это так.

Сообщалось о переносе хлоридов у другого члена NPF, ZmNPF6.4, хотя с отчетливыми различиями (Wen et al., 2017). В отличие от AtNPF6.3 и ZmNPF6.6, ZmNPF6.4 транспортирует хлорид селективно по нитрату. Мы полагаем, что высокоаффинному переносу хлорида также должен способствовать остаток, связывающий субстрат, расположенный в центральной поре ZmNPF6.4. Этот механизм будет функционировать аналогично остатку His в AtNPF6.3 и ZmNPF6.6, но вместо нитрата он связывает хлорид. Альтернативно, селективные и связывающие остатки могут представлять собой два разных структурных элемента, аналогичных тем, о которых сообщалось в бактериальных NPF. Структура белка ZmNPF6.4 поможет идентифицировать механизм транспорта хлорида, как и флуоресцентный датчик (Ho and Frommer, 2014), разработанный против ZmNPF6.4 для проверки конформационной перестройки, вызванной хлоридом, во время транспортировки.

Dual-Affinity в пробирке ?

С биофизической точки зрения, все доказательства, подтверждающие двойную аффинность нитрат-транспортной активности AtNPF6.3 (и обсуждаемый ниже MtNPF6.8) взяты из экспериментов с градиентом концентрации нитратного потока с использованием ооцитов Xenopus laevis . В этих экспериментах концентрации нитратов были определены как высокоаффинные (ниже 0,25 мМ) и низкоаффинные (выше 0,25 мМ), основываясь на показателях поглощения нитратов HATS и LATS из исследований растений (Glass, 2009; Wang et al., 2012) , Скорость усвоения нитратов подбиралась с использованием двух отдельных кривых Михаэлиса-Ментена, в результате чего были получены два значения K m для активности с высоким и низким сродством соответственно (Liu et al.1999; Morère-Le Paven и др., 2011). Мы считаем, что этот метод может не подходить для разделения двух диапазонов аффинности с использованием значения (0,25 мМ), полученного из физиологических исследований. Если модель двойного сродства верна, для наблюдения двухфазной кривой потока должна быть доля NPF6 в режиме с высоким сродством, а остальное — в режиме с низким сродством. Затем при любой данной концентрации поглощение нитрата должно быть суммой нитрата, транспортируемого через транспортеры в режимах с высоким и низким сродством, описанного с использованием двойного уравнения Михаэлиса-Ментена:

, где « Y » — общее количество поглощенного нитрата, « X » — концентрация нитрата, «a%» — процентное содержание высокоаффинного переносчика, V maxHA, V maxLA, K мГА и K млА — это константы Михаэлиса-Ментена для двух режимов действия.Однако при сравнении с опубликованными данными AtNPF6.3 и MtNPF6.8 (Liu et al., 1999; Morère-Le Paven et al., 2011; Sun et al., 2014) было обнаружено, что кривые соответствуют плохим ( Рисунок 3). Вместо этого применение нормального уравнения Михаэлиса-Ментена обеспечило наилучшее соответствие данным, предполагая, что AtNPF6.3 и MtNPF6.8 являются наиболее вероятными однофазными переносчиками нитратов при экспрессии в ооцитах. Кроме того, кинетические исследования AtNPF6.3 Martin et al. (2008) у дрожжей и в нашей группе (Wen et al., 2017) в Xenopus также поддерживают однофазную модель.

РИСУНОК 3. Кривая Фитинг NPF6.3 Сравнения. Опубликованные данные по поглощению нитратов с двойным сродством NPF6 ( A . Liu et al., 1999; B . Sun et al., 2014; C . Morère-Le Paven et al., 2011) были напрямую измерены по оригинальным данным. фигуры и снабжены уравнениями Михаэлиса-Ментена и двойными уравнениями Михаэлиса-Ментена с использованием программного обеспечения Prism 7. Подробные результаты подбора кривой приведены в таблицах ниже для каждого набора данных с предпочтительной моделью.

Dual-Affinity в Planta ?

Двойное сродство Нитрата транспортная активность NPF6.3, а также ее чистый вклад в в Плант поглощения нитратов остается спорная тема. Поскольку деятельность NPF6.3 была недавно рассмотрена Glass and Kotur (2013), мы прокомментируем только несколько ключевых моментов относительно ее потенциальной активности и роли. Как обсуждалось ранее, экспериментальные доказательства активности переноса нитрата с двойным сродством (HATS и LATS) были задокументированы при NPF6.3 экспрессируется в ооцитах Xenopus laevis и косвенно с использованием нокаута мутанта NPF6.3, chl1-5 (Liu et al., 1999; Liu and Tsay, 2003). У Arabidopsis доказательства активности двойного сродства, связанной с NPF6.3, остаются ограниченными, так как большинство измерений транспорта нитратов от низких до высоких концентраций не позволяют увидеть отчетливую кинетику насыщения, необходимую для поддержки двухфазной транспортной системы (Huang et al., 1996; Touraine и Glass, 1997; Glass and Kotur, 2013). Кроме того, доказательства активности HATS и соответствующего поглощения нитрата отсутствовали как в nrt3.1 мутант (Okamoto et al., 2006) и nrt2.1 × nrt2.2 двойной мутант (Li et al., 2007), которые в теории оба должны все еще экспрессировать NPF6.3, и если активный будет показать активность шляпы. Liu и Tsay (2003) действительно показывают потерю потенциальной активности HATS в chl1-5 по сравнению с контролем дикого типа. К сожалению, фактические данные, свидетельствующие о том, что поглощение нитратов в пределах диапазона HATS, на самом деле являются гиперболическими в контроле WT, но не в мутанте chl1-5 , подвергаются риску из-за ограниченного диапазона протестированных концентраций внешних нитратов, длительный период которых был приток нитратов. измерено и предшествующее воздействие на рост NH ₄ ⁺ , который, как известно, влияет на активность LATS в chl1-5 (ингибирование транспорта при выращивании на NH ₄ NO ₃ , но не KNO ₃ ( см. Touraine and Glass, 1997).Это отсутствие тесной связи с поглощением нитратов в плантах предполагает, что NPF6.3, возможно, не играет непосредственной роли в этом процессе, а скорее является незначительным или целевым вкладом в общий перенос нитратов в растения.

Принимая во внимание предложенную функцию чувствительности к нитратам NPF6.3, потеря активности может изменить экспрессию других генов, ответственных за поглощение и усвоение нитратов, процесс, который может влиять на пути поглощения нитратов у мутанта chl1-5 в качестве внешнего азота предоставление варьируется (Ho et al.2009; Bouguyon et al., 2015). Функция датчика NPF6.3 может также помочь объяснить неопределенность того, почему chl1-5 может переносить хлорат, даже если он все еще способен поглощать хлорат (Touraine and Glass, 1997). В отсутствие NPF6.3 нарушение в передаче сигналов, связанных с нитратами, может повлиять на активность нитратредуктазы, которая может снизить токсичные концентрации хлорита, образующегося за счет восстановления хлората нитратредуктазой.

Вклад в поглощение нитратов NPF6 также был оценен у других видов.У карликовой кукурузы Gaspe активность генов ZmNPF6.4 и ZmNPF6.6 оказалась очень низкой по сравнению с ZmNRT2.1 и ZmNRT2.2 , где уровни транскриптов были в 200–300 раз выше, а впоследствии предполагаемый механизм первичного поглощения нитратов (Garnett et al., 2013). Хотя транскрипционные ответы NPF6.3-подобных белков в линиях Гаспе предполагают ограниченную роль в активности HATS или LATS, их функциональная роль все еще должна быть решена. Недавно мы продемонстрировали, что ZmNPF6.6 является значительным вкладом в ответ на нитраты, где обилие транскриптов связано с повышенным поглощением нитратов в коронных корнях инбреда F44 кукурузы по сравнению с обычным инбредом B73 (Dechorgnat et al., 2018). Эти данные показывают, что ZmNPF6.6 фактически может быть приобретен для специальных целей и может способствовать чистому поглощению растительных нитратов.

Thr101

Если мы рассматриваем AtNPF6.3 только как однофазные переносчики нитратов, то предполагаемая роль Thr101 как переключателя сродства к субстрату должна быть пересмотрена.Liu и Tsay (2003) предположили, что когда T101 не фосфорилирован (или имитируется мутацией T101A), AtNPF6.3 проявляет низкоаффинную транспортную активность, и наоборот. В гомологе кукурузы AtNPF6.3 ZmNPF6.6 мы не смогли наблюдать аналогичные эффекты мутаций T104 (эквивалентных AtNPF6.3: T101) на транспорт нитратов (Wen et al., 2017), где обе мутации сохраняли сходную кинетику с транспортером , предполагая, что механизм связывания нитратов в ZmNPF6.6 не был затронут. Это согласуется с данными Parker and Newstead (2014), которые показывают значение K _D для нитратного связывания AtNPF6.3 не изменяется мутацией T101. Однако фосфорилирование этого высоко консервативного остатка Thr, по-видимому, по-разному влияет на разных членов NPF и / или при транспортировке разных субстратов. Например, высокоаффинный переносчик хлорида ZmNPF6.4 был превращен в низкоаффинный переносчик с помощью эквивалентных мутаций Thr (Wen et al., 2017). Другим примером является то, что дефосфорилированный AtNPF6.3 теряет свою проницаемость для ауксина (Bouguyon et al., 2015). До сих пор предполагалось, что остаток Thr оказывает влияние на структурную конформацию AtNPF6.3, либо путем искажения упаковки N-концевых пучков TM, либо путем нарушения димеризации белка (Parker and Newstead, 2014; Sun et al., 2014). Что касается того, как это влияет на транспортную активность белков NPF, то это потребует дальнейшего изучения.

NPF6 Center Loop

Еще одной уникальной особенностью растительных NPF является межклеточная петля, связывающая два шести спиральных пучка между TM6 и TM7. Структура этой 84-аминокислотной петли в AtNPF6.3 была решена только частично, поскольку большая часть петли неупорядочена в кристаллических структурах.Эта центральная петля содержит три консервативных положительно заряженных остатка, Arg264-Arg266-Lys267. Паркер и Ньюстед (2014) предположили, что эти остатки могут играть роль в стабилизации белка с межклеточной стороны. Действительно, Ho и Frommer (2014) подтвердили важность этих структурных элементов, в которых активность транспорта нитратов ингибируется у мутанта R264A-R266A-K267A. Sun et al. (2014) предположили, что стабильная амфипатическая альфа-спираль в N-концевой области (включая Arg264-Arg266-Lys267) центральной петли может быть потенциальным сайтом стыковки белка.У риса дифференциальная чувствительность к нитратам существует благодаря естественным изменениям в области центральной петли гомолога риса AtNPF6.3, OsNPF6.5 (Hu et al., 2015). Авторы определили, что варианты с заменой OsNPF6.5: Met327, а не с OsNPF6.5: Thr327, влияют на первичный нитратный ответ (поглощение нитратов, транспорт нитратов от корня к побегу) и активацию генов нитратредуктазы OsNIA1 и OsNIA2 . В целом, активность области петли предполагает посттрансляционный регуляторный сайт NPF6 и, возможно, понимание механизма чувствительности к нитратам?

двунаправленный нитратный транспорт

Предыдущие исследования предполагают активность транспорта нитратов AtNPF6.3 может быть частично двунаправленным. Leran et al. (2013) сообщили, что AtNPF6.3 способствовал оттоку нитратов в ооцитов Xenopus , что позднее было подтверждено Wen et al. (2017). Эти наблюдения позволяют предположить, что транспортный цикл «чередующегося доступа» AtNPF6.3-подобных белков может быть обращен вспять. К сожалению, нет никаких структурных доказательств в поддержку этого предложения, которое потребовало бы дальнейшего изучения. Интересно, что NPF6.3-подобные белки проявляют активность как притока, так и оттока, когда растения уже экспрессируют выделенную систему оттока нитрата, такую ​​как AtNPF2.7 (AtNAXT1) (Segonzac et al., 2007). Помимо структурного подтверждения, в Planta оценки двунаправленного транспорта должны быть проверены.

Тонопласт Локализованный НПФ6

Недавно локализованный на тонопласте NPF6, OsNPF6.3 был охарактеризован на рисе, где избыточная экспрессия увеличивала как выход, так и эффективность использования азота (Wang et al., 2018). Нокаутный мутант osnpf6.3 был способен фенокопировать многие из признаков chl1-5 , в то же время демонстрируя сильную репрессию генов, связанных с ассимиляцией азота.Эти наблюдения позволят предположить, что OsNPF6.3 также может действовать как сенсор нитратов? Уже известно использование мутанта chl1-9 , поглощающего / воспринимающего, что сенсорная функция AtNPF6.3 не требует нацеливания белка на плазматическую мембрану (Bouguyon et al., 2015). Необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, участвуют ли локализованные датчики тонопласта в пути передачи сигнала нитрата OsNPF6.3 и почему важно расположение тонопласта.

Другие НПФ

His356 является важным структурным элементом для транспорта нитратов AtNPF6.3. Однако большинство охарактеризованных переносчиков нитрата NPF не имеют эквивалентного остатка His или других заряженных остатков, которые могут электростатически связывать нитрат в эквивалентном положении His356. Затем нитрат, вероятно, транспортируется с использованием механизма, подобного каналу, с активностью транспорта хлорида в AtNPF6.3. Если это происходит, то разумно задать вопрос, что является правильным субстратом, который мог бы вызвать альтернативный цикл доступа этих NPF. Важно подчеркнуть, что без экспертизы преждевременно заключать НПФ в качестве переносчика нитратов.Например, AtNPF4.6 (также известный как AtNRT1.2) был впервые охарактеризован Huang et al. (1999) в качестве основного переносчика нитрата LATS с низким сродством K м of5,9 мМ. Однако Kanno et al. Сообщили о гораздо более высокой аффинности переноса AtNPF4.6 к ABA ( K м ∼5 мкМ). (2012), а доза нитратов не конкурирует с переносом АБК независимо от концентрации. Эти результаты показывают, что АБК, вероятно, является основным субстратом AtNPF4.6, а не нитратом. Физиологические исследования также не согласуются с нитратной транспортной активностью AtNPF4.6 in vivo , так как (1) нитрат обладает одинаковым эффектом индукции прорастания семян как у atnpf4.6 мутантов, так и у растений дикого типа, и (2) atnpf4.6 мутант не проявляет гиперчувствительного эффекта ABA, который ожидается, что это произойдет, если AtNPF4.6 был переносчиком нитратов (Kanno et al., 2012, 2013). Пониженное закрытие устьиц и связанное с этим снижение температуры поверхности листа / стебля наблюдались у atnpf4.6 мутантов, но также у мутантов со сверхэкспрессией. Соответственно, Kanno et al.(2012) предположили физиологическую роль AtNPF4.6 в качестве регулятора размера пула ABA во время биосинтеза ABA в клетках сосудистой паренхимы. Аналогичным образом, роль другого проницаемого для АБК переносчика нитратов, MtNPF6.8, может потребовать дальнейшей проверки, поскольку он может иметь функцию сенсора нитратов, регулирующую архитектуру корня посредством его активности переноса АБК (Morère-Le Paven et al., 2011; Pellizzaro et al. 2014).

В отличие от нитрата, связывающего Его остаток, структурный элемент ExxER является высоко консервативным мотивом в семействе NPF (Solcan et al.2012). Предполагается, что ExxER является важным структурным компонентом активности импорта протон-связывающего субстрата в NPF (Jorgensen et al., 2015). Однако некоторые охарактеризованные переносчики нитрата NPF не содержат мотив ExxER или нитрат, связывающий остаток His. Например, в AtNPF7.3 (AtNRT1.5) отсутствуют оба элемента, хотя первоначально он был охарактеризован как двунаправленные переносчики нитратов, экспрессируемые в клетках перицикла корня, участвующих в транслокации нитрата от корня к отростку (Lin et al., 2008). Недавно был обнаружен второй мутант atnpf7.3 ( lks2 ) на основании фенотипа хлороза с низким содержанием калия (Li et al., 2017). Транспортная активность NPF7.3 была переопределена как протон-связанный антипортер H ⁺ / K ⁺ с использованием техники NMT / MIFE. Следовательно, NPF7.3 может играть роль в перемещении калия от корня к побегу, хотя перемещение нитрата от корня к побегу было также снижено у мутанта atnpf7.3 . Подробный механизм этого фенотипа нитрата, или он связан с транспортной активностью NPF7.3 остается неясным. Аналогично, транспортерная функция и физиологическая роль AtNPF7.2 (AtNRT1.8), который также не имеет мотива ExxER или нитратного связывания. Его остаток требует дальнейшего изучения (Li et al., 2010).

Перспективы

С каждой характеристикой NPF широта и сложность семейства транспортных средств продолжают расширяться. Это очевидно в диапазоне транспортируемых субстратов, связанных с отдельными белками NPF, а также в их клеточной локализации и значимости для роста растений.Что очевидно, так это трудность назначения в функции planta из-за гомологии последовательностей и текущих технологических измерений. Недавние исследования кристаллизации, изучающие Arabidopsis NPF6.3, позволили выявить новое понимание его структурного состояния и функциональной активности. Новые кристаллические структуры растительных белков NPF, содержащихся в различных конформациях (обращенных наружу, окклюдированных и обращенных внутрь), потребуются для определения цикла транспорта субстрата для каждого белка. В сочетании с существующими биохимическими, электрофизиологическими и физиологическими подходами улучшенная база знаний поможет описать изменчивость новых и существующих белков NPF.Для НРП зависимость от традиционной системы TEVC должна учитывать альтернативные технологии, включая химический анализ потока, более широкое использование MIFE для оценки поперечного мембранного движения конкретных катионов или анионов в реальном времени (Shabala et al., 2013) и более широкое использование липосомной системы для описания транспортной активности относительно содержания белка (Allen and Cullis, 2013). Таким образом, междисциплинарный подход необходим для исследований по транспортировке АЭС с АЭС, чтобы обеспечить необходимый уровень детализации функций, ожидаемых сообществом.

Вклад автора

Все перечисленные авторы внесли существенный, прямой и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее для публикации.

Финансирование

Эта работа была поддержана грантом Австралийского исследовательского совета, который был присужден BK, S.D. Tyerman, A. Raflaski и K. Dhugga (LP110200878).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Сокращения

АБК, абсцизовая кислота; HATS, высокоаффинная транспортная система; LATS, транспортная система с низким сродством; NPF, нитратный транспортер 1 / пептидный транспортер; НЗТ, транспортер нитратов; POT, протон-зависимый переносчик олигопептидов; PTR, пептидный транспортер; ТМ, трансмембранный домен.

Отзывы

Bouguyon, E., Brun, F., Meynard, D., Kubeš, M., Pervent, M., Leran, S., et al. (2015). Множественные механизмы чувствительности нитратов с помощью нитратного транцептора Arabidopsis NRT1.1. Nat. Растения 1: 15015. doi: 10.1038 / nplants.2015.15

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bröer S. (2010). «Xenopus laevis Oocytes», в «Мембранные транспортеры при открытии и разработке лекарств: методы и протоколы» , изд. Q. Ян (Totowa, Нью-Джерси: Humana Press), 295–310. doi: 10.1007 / 978-1-60761-700-6_16

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

Конде А., Диаллинас Г., Шомон Ф., Чавес М. и Герос Х.(2010). Транспортеры, каналы или простая диффузия? Догмы, нетипичные роли и сложности в транспортных системах. Int. J. Biochem. Cell Biol. 42, 857–868. doi: 10.1016 / j.biocel.2009.12.012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Dechorgnat, J., Francis, K.L., Dhugga, K.S., Rafalski, J.A., Tyerman, S.D., and Kaiser, B.N. (2018). Корневой идеотип влияет на транспорт и усвоение азота у кукурузы. Фронт. Plant Sci. 9: 531.doi: 10.3389 / fpls.2018.00531

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Garnett, T., Conn, V., Plett, D., Conn, S., Zanghellini, J., Mackenzie, N., et al. (2013). Реакция системы транспортировки нитрата кукурузы на спрос и предложение азота на протяжении жизненного цикла. Новый Фитол. 198, 82–94. doi: 10.1111 / nph.12166

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Guo F., Young, J. и Crawford, N.M. (2003).Нитратный транспортер AtNRT1.1 (CHL1) функционирует при открытии устьиц и способствует восприимчивости к засухе при арабидопсисе. Plant Cell 15, 107–117. doi: 10.1105 / tpc.006312

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Го, Ф.-К., Ван Р., Чен М. и Кроуфорд Н.М. (2001). Ген двойного сродства переносчика нитратов Arabidopsis AtNRT1.1 (CHL1) активируется и участвует в развитии зарождающихся органов во время вегетативного и репродуктивного роста. Plant Cell 13, 1761–1777. doi: 10.1105 / tpc.13.8.1761

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ho, C. H. и Frommer, W. B. (2014). Флуоресцентные сенсоры для активности и регуляции нитратного трансцептора CHL1 / NRT1.1 и олигопептидных транспортеров. eLife 3: e01917. doi: 10.7554 / eLife.01917

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hu, B., Wang, W., Ou, S.J., Tang, J.Y., Li, H., Che, R.H., et al. (2015). Изменение в NRT1.1B способствует дивергенции в использовании нитратов между подвидами риса. Nat. Жене. 47, 834–838. doi: 10.1038 / нг.3337

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Huang N., Chiang C., Crawford N.M. and Tsay Y. (1996). CHL1 кодирует компонент низкоаффинной системы поглощения нитратов при арабидопсисе и показывает специфическую для типа клеток экспрессию в корнях. Plant Cell 8, 2183–2191. doi: 10.1105 / tpc.8.12.2183

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Huang, N.C., Liu, K.H., Lo, H.J. and Tsay, Y.F. (1999). Клонирование и функциональная характеристика гена-переносчика нитрата арабидопсиса, который кодирует конститутивный компонент поглощения низкой аффинности. Plant Cell 11, 1381–1392. doi: 10.1105 / tpc.11.8.1381

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jorgensen, M.E., Olsen, C.E., Geiger, D., Mirza, O., Halkier, B.A. и Nour-Eldin, H.H. (2015). Функциональный мотив EXXEK необходим для протонной связи и активного транспорта глюкозинолата с помощью NPF2.11. Plant Cell Physiol. 56, 2340–2350. doi: 10.1093 / pcp / pcv145

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kanno Y., Hanada A., Chiba Y., Ichikawa T., Nakazawa M., Matsui M., et al. (2012). Идентификация транспортера абсцизовой кислоты путем функционального скрининга с использованием рецепторного комплекса в качестве сенсора. Proc. Natl. Акад. Sci.США 109, 9653–9658. doi: 10.1073 / pnas.1203567109

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kanno Y., Kamiya Y. and Seo M. (2013). Нитрат не конкурирует с абсцизовой кислотой в качестве субстрата AtNPF4.6 / NRT1.2 / AIT1 у арабидопсиса. Завод Сигнал. Behav. 8: e26624. doi: 10.4161 / psb.26624

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крук Г., Лакомб Б., Билах А., Перрин-Уокер Ф., Малинска К., Mounier E., et al. (2010). Регулируемый нитратами транспорт ауксина с помощью NRT1.1 определяет механизм восприятия питательных веществ у растений. Дев. Cell 18, 927–937. doi: 10.1016 / j.devcel.2010.05.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Leran S., Munos S., Brachet C., Tillard P., Gojon A. и Lacombe B. (2013). Arabidopsis NRT1.1 представляет собой двунаправленный транспортер, участвующий в транслокации нитрата от корня к отростку. Мол. Завод 6, 1984–1987.doi: 10.1093 / mp / sst068

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Li, H., Yu, M., Du, X. Q., Wang, Z.F., Wu, W.H., Quintero, F.J. et al. (2017). NRT1.5 / NPF7.3 функционирует как протонно-связанный H ⁺ / K ⁺ Антипортер для K ⁺ Загрузка в ксилему в Arabidopsis. Plant Cell 29, 2016–2026. doi: 10.1105 / tpc.16.00972

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Li, J.-Y., Fu, Y.-L., Pike S.M., Bao J., Tian W., Zhang Y. et al. (2010). Транспортер нитратов арабидопсиса NRT1.8 выполняет функцию удаления нитратов из сока ксилемы и обеспечивает толерантность к кадмию. Plant Cell 22, 1633–1646. doi: 10.1105 / tpc.110.075242

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Li, W., Wang, Y., Okamoto, M., Crawford, N.M., Siddiqi, M.Y., and Glass, A.D. (2007). Рассечение AtNRT2.1 : AtNRT 2.2 индуцибельный кластер гена высокоаффинного переносчика нитратов. Plant Physiol. 143, 425–433. doi: 10.1104 / pp.106.091223

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Lin, S.-H., Kuo, H.-F., Canivenc G., Lin, C.-S., Lepetit M., Hsu, P.-K. et al. (2008). Мутация переносчика нитратов Arabidopsis NRT1.5 вызывает дефектный транспорт нитратов от корня к отростку. Plant Cell 20, 2514–2528. doi: 10.1105 / tpc.108.060244

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю, К.H., Huang, C. Y. и Tsay, Y. F. (1999). CHL1 является переносчиком нитратов арабидопсиса с двойной аффинностью, участвующим во множественных фазах поглощения нитратов. Plant Cell 11, 865–874. doi: 10.1105 / tpc.11.5.865

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Liu K.H. and Tsay Y.F. (2003). Переключение между двумя режимами действия двухаффинного переносчика нитратов CHL1 путем фосфорилирования. EMBO J. 22, 1005–1013. doi: 10.1093 / emboj / cdg118

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wang R.C., Liu D. и Crawford, N.M. (1998). Протеин Arabidopsis CHL1 играет важную роль в поглощении нитратов с высоким сродством. Proc. Natl. Акад. Sci. США 95, 15134-15139. doi: 10.1073 / pnas.95.25.15134

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wang, W., Hu, B., Yuan, D. Y., Liu, Y. Q., Che, R. H., Hu, Y. C., et al. (2018). Экспрессия гена-переносчика нитратов OsNRT1.1A / OsNPF6.3 обеспечивает высокий урожай и раннее созревание риса. Plant Cell 30, 638–651. doi: 10.1105 / tpc.17.00809

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Ю.-Y., Hsu, P.-K. и Tsay, Y.-F. (2012). Поглощение, выделение и передача сигналов нитрата. Trends Plant Sci. 17, 624–667. doi: 10.1016 / j.tplants.2012.08.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wege, S., Gilliham, M. и Henderson, S.W. (2017). Хлорид: не просто «дешевый осмотик», а полезное растительное макроэлемент. J. Exp. Bot. 68, 3057–3069. doi: 10.1093 / jxb / erx050

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вен, З., Tyerman, S.D., Dechorgnat, J., Овчинникова, E., Dhugga, K.S. и Kaiser, B.N. (2017). Белки кукурузы NPF6 являются гомологами Arabidopsis CHL1, которые являются селективными как для нитрата, так и для хлорида. Plant Cell 29, 2581–2596. doi: 10.1105 / tpc.16.00724

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar