| 苦寻20载，西农大团队发现NLP7 |
“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。”对西北农林科技大学生命学院教授刘坤祥来说，苦苦寻找了20年的“他”——植物硝酸盐受体NLP7，在其带领的植物氮素营养团队四年夜以继日的实验中，得到了证实。
这一结果9月23日于《科学》在线发表，代表西北农林科技大学在植物营养领域方向的研究取得了重大突破。“这个发现为提高作物的氮利用效率，减少化肥使用和能源消耗，减轻由温室气体排放引起的气候变化，进而支持农业的可持续发展提供了新的启迪。”
梦想：众里寻“他”二十年
“我大胆设想植物内是否存在一个类似荷尔蒙的感受蛋白，可以感受到硝态氮的存在，进行下游信号转导。找到一个硝酸盐感受器一直是我的梦想。”
刘坤祥本硕就读于台湾大学。2003年博士毕业后，他随即前往美国哈佛医学院麻省总医院做博士后。在此前硝态氮吸收转运研究的基础上，他萌生研究植物感受硝态氮机制的梦想。
从此开始一直寻找植物是如何感受硝态氮，有哪些蛋白分子可以参与植物感受硝态氮的存在，进而诱导下游基因表达和影响植物生长。“研究植物如何有效地获取氮，除了对植物是很重要的，同时它也是生物圈内如何从无机氮变成有机氮的重要步骤。没想到这一找竟然花了20年的时间。”
氮元素是构成生物体最基本元素之一。生物体没有氮就无法生存。农业生产中，硝态氮是增加农作物产量的重要因素。在1980年左右，人们就认为硝态氮是植物养分和氮的来源；20世纪九十年代，人们发现植物存在感受硝态氮的能力，并且在基因表达水平上检测到硝态氮不仅是一种营养元素，也可以作为一种信号分子。
虽然之后有很多研究都认为硝态氮是一种信号分子，但当时不清楚植物是如何感受它的。2009年，刘坤祥曾经所在的实验室发表文章认为CHL1/NRT1.1蛋白除了膜转运蛋白的功能以外，还存在感受硝态氮的功能，影响后面一些基因的表达。
十多年来，很多研究者都认为CHL1/NRT1.1是硝酸盐的感受器。但刘坤祥根据多年的研究，认为它不是一个主要的硝酸盐感受器。他一直怀疑除了CHL1/NRT1.1以外，植物应该还存在其它感受硝态氮的感受器。为了梦想，他一直在文献与实验中苦苦探寻。
2008年，有研究者在拟南芥中发现豆科植物NIN蛋白的同源蛋白-NLP7，它的突变体可以影响植物对氮的响应，但对它并没有进行更深入的研究。之后有很多研究表明NLP作为一个重要的转录因子参与了氮信号通路。
2017年，刘坤祥发现一类钙离子依赖的激酶CPK可以感受到外界硝态氮的刺激，影响钙离子浓度变化，进而影响CPK的活性。同时也发现，CPK可以通过直接磷酸化NLP调控硝态氮诱导的下游基因表达。
因为找到了Nitrate-Ca2+-CPK-NLP7的连接，而且前期也实验发现：在没有硝态氮的情况下，大量表达NLP7或者CPK，并不会诱导下游基因的表达。因此，他极度怀疑NLP7可能可以直接感受硝态氮的存在。“NLP7蛋白感受硝态氮存在两个可能，首先是NLP7蛋白直接结合硝态氮，其次是有一个所谓的硝酸盐受体可以感受到硝态氮，然后结构发生改变或者有某个蛋白和它结合，然后再去调节NLP7的活性。”
大多数研究者认为NLP7可能需要跟别的蛋白结合，那个蛋白才是真正的硝酸盐受体。但刘坤祥始终怀疑NLP7有没有可能直接结合硝酸盐，并为此不懈努力着。努力的结果证明他的怀疑是正确的，从设想到怀疑到发现到证明，梦想的实现用了他宝贵的二十年。
发现：“缘”来是“他”蓦然间
如何证明NLP7可以直接结合硝酸盐？这个问题一直萦绕在刘坤祥的脑海间。
一次偶然的机会，他认识了美国实验室的一位同事。恰巧那位同事当时正在用微量热泳动仪(MST)做研究，因此，刘坤祥就托他帮忙用MST去检测硝酸盐是否会结合NLP7。
由于缺乏经验，第一次实验他们没有发现两者的互作。但幸运的是，旁边一位专门做癌症药物筛选的专家听到了他们的对话，发现了实验中的不足，提供了一些技术上的改进方案，并用仪器证实硝酸盐会和NLP7结合。
“我非常兴奋，因为这证明了我的设想。因为有这样的发现，我在西农的故事拉开了序幕。”刘坤祥2018年由副校长马建华和时任生命学院的院长郁飞引进，并给予了他大力支持。
来到学校后，刘坤祥迅速组建了植物氮素营养团队，全身心投入到NLP7就是一种新的硝酸盐受体的研究中。目前，他的团队有博士生7人，硕士生7人，科研助理1人，师资博士后1人。
实验室初创的时候，需要一台能够测量到很小株型植物中硝酸盐含量的机器。在生命学院党委书记刘卫军的推进下，从食品学院农业部食品测试中心找到一台离子色谱仪。“在本研究中，由这台机器测定出的结果也用到了文章中，尽管图片不大，但它也是一个非常重要的研究结果。”
为了增加这项研究的可信度，不少在植物营养研究中不常用到的新技术被应用于此，比如，在动物细胞测试蛋白结合硝酸盐激活基因表达的实验、表面等离子体共振等实验。这些实验因为在植物营养研究中应用的还很少，所以要做大量的设计和测试。但他们通过巨大的工作量，取得了这些方面的成功。
实证：果然是“他”功未央
“这不是一个人的成功，这是一个团队的成功。”刘坤祥非常赞赏他的团队，“他们专注科研，专心实验，取得了‘1+1>2’的效果，这是我的幸运。”
团队四年多的努力，证实了刘坤祥的设想，实现了他二十年的梦想——找到了硝酸盐的感受器。同时，这个NLP蛋白是一个很特殊的例子，直接就是一个感受器，它可以感受到无机营养盐的存在，可以结合硝酸盐，去调控它的活性，这是一个全新的发现。
刘坤祥团队的研究结果，阐明了光合自养植物通过感受无机氮进而激活植物信号转导网络和生长反应的调节机制。他计划将在模式植物中发现的植物氮素营养规律尽早应用到农作物或园艺植物育种上，为培育高肥料利用效率新品种服务，以减少氮肥消耗，助力国家绿色农业发展和低碳经济发展。“我们手上还有非常多正在进行中的研究项目，我相信也将是一些非常重大的发现！”
“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。”对西北农林科技大学生命学院教授刘坤祥来说，苦苦寻找了20年的“他”——植物硝酸盐受体NLP7，在其带领的植物氮素营养团队四年夜以继日的实验中，得到了证实。
(相关资料图)
这一结果9月23日于《科学》在线发表，代表西北农林科技大学在植物营养领域方向的研究取得了重大突破。“这个发现为提高作物的氮利用效率，减少化肥使用和能源消耗，减轻由温室气体排放引起的气候变化，进而支持农业的可持续发展提供了新的启迪。”
梦想：众里寻“他”二十年
“我大胆设想植物内是否存在一个类似荷尔蒙的感受蛋白，可以感受到硝态氮的存在，进行下游信号转导。找到一个硝酸盐感受器一直是我的梦想。”
刘坤祥本硕就读于台湾大学。2003年博士毕业后，他随即前往美国哈佛医学院麻省总医院做博士后。在此前硝态氮吸收转运研究的基础上，他萌生研究植物感受硝态氮机制的梦想。
从此开始一直寻找植物是如何感受硝态氮，有哪些蛋白分子可以参与植物感受硝态氮的存在，进而诱导下游基因表达和影响植物生长。“研究植物如何有效地获取氮，除了对植物是很重要的，同时它也是生物圈内如何从无机氮变成有机氮的重要步骤。没想到这一找竟然花了20年的时间。”
氮元素是构成生物体最基本元素之一。生物体没有氮就无法生存。农业生产中，硝态氮是增加农作物产量的重要因素。在1980年左右，人们就认为硝态氮是植物养分和氮的来源；20世纪九十年代，人们发现植物存在感受硝态氮的能力，并且在基因表达水平上检测到硝态氮不仅是一种营养元素，也可以作为一种信号分子。
虽然之后有很多研究都认为硝态氮是一种信号分子，但当时不清楚植物是如何感受它的。2009年，刘坤祥曾经所在的实验室发表文章认为CHL1/NRT1.1蛋白除了膜转运蛋白的功能以外，还存在感受硝态氮的功能，影响后面一些基因的表达。
十多年来，很多研究者都认为CHL1/NRT1.1是硝酸盐的感受器。但刘坤祥根据多年的研究，认为它不是一个主要的硝酸盐感受器。他一直怀疑除了CHL1/NRT1.1以外，植物应该还存在其它感受硝态氮的感受器。为了梦想，他一直在文献与实验中苦苦探寻。
2008年，有研究者在拟南芥中发现豆科植物NIN蛋白的同源蛋白-NLP7，它的突变体可以影响植物对氮的响应，但对它并没有进行更深入的研究。之后有很多研究表明NLP作为一个重要的转录因子参与了氮信号通路。
2017年，刘坤祥发现一类钙离子依赖的激酶CPK可以感受到外界硝态氮的刺激，影响钙离子浓度变化，进而影响CPK的活性。同时也发现，CPK可以通过直接磷酸化NLP调控硝态氮诱导的下游基因表达。
因为找到了Nitrate-Ca2+-CPK-NLP7的连接，而且前期也实验发现：在没有硝态氮的情况下，大量表达NLP7或者CPK，并不会诱导下游基因的表达。因此，他极度怀疑NLP7可能可以直接感受硝态氮的存在。“NLP7蛋白感受硝态氮存在两个可能，首先是NLP7蛋白直接结合硝态氮，其次是有一个所谓的硝酸盐受体可以感受到硝态氮，然后结构发生改变或者有某个蛋白和它结合，然后再去调节NLP7的活性。”
大多数研究者认为NLP7可能需要跟别的蛋白结合，那个蛋白才是真正的硝酸盐受体。但刘坤祥始终怀疑NLP7有没有可能直接结合硝酸盐，并为此不懈努力着。努力的结果证明他的怀疑是正确的，从设想到怀疑到发现到证明，梦想的实现用了他宝贵的二十年。
发现：“缘”来是“他”蓦然间
如何证明NLP7可以直接结合硝酸盐？这个问题一直萦绕在刘坤祥的脑海间。
一次偶然的机会，他认识了美国实验室的一位同事。恰巧那位同事当时正在用微量热泳动仪(MST)做研究，因此，刘坤祥就托他帮忙用MST去检测硝酸盐是否会结合NLP7。
由于缺乏经验，第一次实验他们没有发现两者的互作。但幸运的是，旁边一位专门做癌症药物筛选的专家听到了他们的对话，发现了实验中的不足，提供了一些技术上的改进方案，并用仪器证实硝酸盐会和NLP7结合。
“我非常兴奋，因为这证明了我的设想。因为有这样的发现，我在西农的故事拉开了序幕。”刘坤祥2018年由副校长马建华和时任生命学院的院长郁飞引进，并给予了他大力支持。
来到学校后，刘坤祥迅速组建了植物氮素营养团队，全身心投入到NLP7就是一种新的硝酸盐受体的研究中。目前，他的团队有博士生7人，硕士生7人，科研助理1人，师资博士后1人。
实验室初创的时候，需要一台能够测量到很小株型植物中硝酸盐含量的机器。在生命学院党委书记刘卫军的推进下，从食品学院农业部食品测试中心找到一台离子色谱仪。“在本研究中，由这台机器测定出的结果也用到了文章中，尽管图片不大，但它也是一个非常重要的研究结果。”
为了增加这项研究的可信度，不少在植物营养研究中不常用到的新技术被应用于此，比如，在动物细胞测试蛋白结合硝酸盐激活基因表达的实验、表面等离子体共振等实验。这些实验因为在植物营养研究中应用的还很少，所以要做大量的设计和测试。但他们通过巨大的工作量，取得了这些方面的成功。
实证：果然是“他”功未央
“这不是一个人的成功，这是一个团队的成功。”刘坤祥非常赞赏他的团队，“他们专注科研，专心实验，取得了‘1+1>2’的效果，这是我的幸运。”
团队四年多的努力，证实了刘坤祥的设想，实现了他二十年的梦想——找到了硝酸盐的感受器。同时，这个NLP蛋白是一个很特殊的例子，直接就是一个感受器，它可以感受到无机营养盐的存在，可以结合硝酸盐，去调控它的活性，这是一个全新的发现。
刘坤祥团队的研究结果，阐明了光合自养植物通过感受无机氮进而激活植物信号转导网络和生长反应的调节机制。他计划将在模式植物中发现的植物氮素营养规律尽早应用到农作物或园艺植物育种上，为培育高肥料利用效率新品种服务，以减少氮肥消耗，助力国家绿色农业发展和低碳经济发展。“我们手上还有非常多正在进行中的研究项目，我相信也将是一些非常重大的发现！”
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