玉米是一种对氮（N）元素非常敏感的作物，在N元素充足时，玉米有着极高的产量；而在N元素缺乏的情况下，玉米的产量会明显降低。生产上为了让玉米高产，往往会施用大量的氮肥，然而大量的氮肥使用，不仅会增加生产成本，还会造成环境污染。因此，提高玉米品种的N利用效率（N use efficiency, NUE）具有重要的意义。近日，The plant journal杂志在线发表了江苏省农科院赵涵团队（助理研究员葛敏, 副研究员王元琮，以及刘玉河博士为本文共同第一作者）题为The NIN‐like protein 5 (ZmNLP5) transcription factor is involved in modulating the nitrogen response in maize的研究论文，报道了一个NIN-like转录因子ZmNLP5（NIN like protein 5），在玉米N响应过程中扮演重要作用。该成果有助于我们更好的理解玉米的N吸收利用的分子机制，进而为玉米NUE改良扩宽了思路。

NIN（Nodule Inception）是豆科植物生物固氮中的关键调控因子，在豆科植物根瘤形成过程中扮演及其重要的作用。而在其它植物中，NLPs（NIN like proteins）也被报道参与了对N的响应，如拟南芥（Arabidopsis thaliana）AtNLP7能够结合在亚硝酸还原酶基因NIR1（Nitrite reductase）的启动子的N响应元件（N responsive element, NRE），激活NIR1的表达,进而促进拟南芥N的吸收利用。在玉米中，NIN家族一共有9个成员（ZmNLP1-ZmNLP9）。通过转录组数据，结合基因调控网络分析（Gene regulatory network analysis，GRN），作者发现了ZmNLP5与N代谢相关基因有着最为明显的互作关系。

作者通过qPCR，RNA in situ和western blot，发现ZmNLP5主要在植物的根和维管组织中表达（图1）；并且外源的N供应，能够显著提高ZmNLP蛋白的积累。另外，相比于野生型，ZmNLP5突变体（zmnlp5）的叶耳和籽粒中的N元素积累明显降低，而通过转基因互补实验证实，玉米自交系B73的ZmNLP5 的cDNA能够互补zmnlp5的N元素缺乏表型。这说明ZmNLP5在玉米N元素的响应和吸收过程中，扮演着重要的作用。

图1 ZmNLP5的表达模式

通过RNA seq，作者发现了很多N同化相关的基因在zmnlp5中差异表达，如亚硝酸还原酶ZmNIR1.1，ZmNIR1.2等。由于在拟南芥中，AtNLP7能够直接结合AtNIR的启动子并激活AtNIR的表达，因此作者也研究了ZmNLP5能否直接结合ZmNIR1.1和ZmNIR1.2。作者利用ZmNLP5的特异抗体，进行了ChIP-qPCR实验，结果显示，ZmNLP5在ZmNIR1.1和ZmNIR1.2的转录起始位点有明显富集，而在ZmNIR1.1上的富集更为明显。这说明与拟南芥AtNLP7相似，玉米的ZmNLP5也能通过直接调控亚硝酸还原酶ZmNIR的表达而参与对N吸收的调控 (图2)。

图2 ZmNLP5能直接激活ZmNIR1.1的表达

玉米自交系Mo17和B73对N的敏感性有很大差别，相对来说，B73对N更为敏感。作者考察了Mo17和B73的ZmNLP5的基因型，有趣的是，Mo17和B73的ZmNLP5的cDNA具有很大的差别。相对于B73，Mo17基因组上的一小段内含子（139）并没有发生剪切，导致了Mo17的ZmNLP5发生了移码，并提前终止。作者又进一步通过烟草瞬时表达体系，发现了只有 ZmNLP5（B73）具有反式激活功能，而和ZmNLP5（Mo17）并不具有反式激活功能。利用两个IBM株系（Intermated B73 and Mo17），发现ZmNLP5（Mo17）等位基因和低氮表型相关联。这些结果说明，ZmNLP5的自然突变会对玉米的N吸收利用造成明显的影响。