水稻感应氮营养变化的受体分子（CNCs）的筛选、鉴定和功能解析

Cytosolic calcium elevation is one of the earliest responses of plant cells to N-Nutrient changes，However, none of the primary messengers or receptors has been found to respond directly to this king of signals. In an attempt to identify this kind of molecule, we used heterologous expression of Rice and Arabidopsis CDS genes in Chinese Hamster Ovary (CHO) cells and screened membrane proteins for nitrate-sensitive conductance. These screens led to the identification of CNC1 (Calcium permeable nitrate-gated cation Channel 1) that cause the intracellular Ca2+ concentration promptly rising by nitrate changes. Based on these results, we try to determine the receptor-channel electrophysiological characterization of CNCs, including ion selectivity, rectification and nitrate-change gating of the property, to identify their functional domains for nitrate sensing and the Ca2+-messenger conductance, In order to further investigation the regulation of CNCs, we will isolate the interacting factors of this protein and reconstitute the partners in vitro. Morever, by applying anti-genetic or transgenic approaches,the phenotype of CNCs mutants and the function of CNCs will be analyzed in Rice, especially the rapid reponsiveness to nitrogen nutrition.

细胞感应营养变化是生命的基本生理过程，寻找接受作物营养变化的感应或受体分子，一直是氮营养研究领域追求的目标之一，以往曾提出Transreceptor硝酸盐感应模式，但信号在胞内无法由NRT1传递，因此，兼具感应和传递功能的硝酸根受体分子现无人知晓。从感应营养元素的原初反应出发，利用水稻和其他植物的膜蛋白CDS文库，我们筛选出对硝酸根变化快速反应的多个细胞株，进而克隆了CNC1,经研究已发现CNC1可介导硝酸根门控的瞬时钙脉冲峰。但其受体通道特性、生理功能和调控途径仍不清楚。本课题以此为切入点，深入解析CNCs作为氮营养感应通道分子的特性和结构元件，分析该蛋白的通道选择性、硝酸根门控特性等，鉴定出接受氮营养变化刺激的结构域，探索分离出该蛋白的相互作用或调节分子，重组调控途径，结合基因组编辑在水稻体内研究CNCs突变体的表型及生理功能，理解作CNCs为氮营养变化原初信号接收分子的特性。

植物细胞感应营养变化是生命的基本生理过程，寻找接受作物营养变化的感应或受体分子，一直是氮营养研究领域追求的目标之一，以往有研究者曾提出NRT1（CHL1-5）硝酸盐感应模式，但硝酸盐信号如何转换为胞内的第二信使，却无法由NRT1传递，因此，兼具钙信号感应和传递功能的硝酸根受体分子现无人知晓。本项目从质膜感应胞外硝酸根营养元素的反应出发，发现了关键的钙离子通道CNGC15可以被硝酸根浓度诱导增加表达量，并可以细胞和定位改编成为细胞质膜定位，进一步发现CNGC15与NRT1.1可以相互作用，关闭钙通道，它们形成6聚体的复合物，硝酸根浓度的改变可以调控复合体的状态，由此形成由硝酸根门控的钙离子分子开关，这一复合体开关兼具了硝酸根浓度感应受体和钙信号编码通道两种功能，建立了植物Transceptor-channel复合体分子开关感应营养的工作模式，为发现植物氮营养变化感受分子提供了新的方向和研究范式，另外，在该项目的资助下还完成了水稻CNGCs互作编码钙信号的分子模式研究、干热风诱导的钙信号编码机制研究，发现了全新阴离子（Cl-）外排通道家族调控细胞膨压、参与耐盐反应、调控籽粒大小的新机制等。