质体小球区隔化玉米氮同化过程

高效的氮同化对可持续农业至关重要，但其亚细胞组织机制尚不明确。本研究发现，玉米叶肉细胞叶绿体中的质体小球是协调氮利用的代谢中心。质体小球对氮响应的动态变化在植物物种间具有保守性。我们鉴定出两个关键酶——亚硝酸还原酶2（ZmNIR2）和谷氨酰胺合成酶1（ZmGLN1），它们通过叶绿体转运肽和疏水区特异性靶向质体小球。重组ZmGLN1的低温电子显微镜分析显示其形成十聚体复合物，能与ZmNIR2形成代谢复合体以提高效率。在两个NIR和六个GLN酶中，ZmNIR2和ZmGLN1是主要的质体小球定位组分，它们协调亚细胞器氮同化并决定氮利用效率。栽培种质中ZmNIR2剪接的遗传变异产生了一个靶向质体小球的亚型（ZmNIR2T1），可提高氮利用效率。我们的工作确立了质体小球作为初级氮同化的中心区室，为开发高氮效作物以保障全球粮食安全提供了有前景的策略。