Nitrogen nutrition contributes to plant fertility by affecting meiosis initiation.
Nitrogen nutrition contributes to plant fertility by affecting meiosis initiation.
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DOI：
10.1038/s41467-022-28173-3
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发表时间：
2022-01-25
影响因子：
16.6
通讯作者：
Cheng Z
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yang H;Li Y;Cao Y;Shi W;Xie E;Mu N;Du G;Shen Y;Tang D;Cheng Z
氮素是植物重要的营养元素之一，在植物的多种发育过程中起着重要作用。小穗是生殖生长过程中的主要库组织，缺氮可导致花败育。然而，植物有性生殖的关键步骤减数分裂过程中氮素营养的作用却知之甚少。在此，我们鉴定了一个水稻（Oryza sativa）中的N依赖减数分裂进入突变体，该突变体具有电子转移黄蛋白亚基β（ETFβ）功能缺失。etfβ在氮饥饿条件下表现出减数分裂起始缺陷、支链氨基酸（BCAAs）过量积累和小穗中总氮含量下降等特征，而过量施用外源无机氮可使这些特征得到缓解。在氮饥饿条件下，ETFβ通过参与BCAA分解代谢，促进氮的再利用，有助于满足小穗的氮需求，凸显了氮营养对减数分裂启动的影响。我们的结论是，氮营养有助于影响减数分裂的启动植物育性。在水稻生殖发育过程中，氮素缺乏会引起花败育。在这里，作者表明，当氮有限时，水稻植物需要参与支链氨基酸催化剂的ETFβ蛋白来促进氮的再利用并支持减数分裂的启动。
Nitrogen (N), one of the most important plant nutrients, plays crucial roles in multiple plant developmental processes. Spikelets are the primary sink tissues during reproductive growth, and N deficiency can cause floral abortion. However, the roles of N nutrition in meiosis, the crucial step in plant sexual reproduction, are poorly understood. Here, we identified an N-dependent meiotic entrance mutant with loss of function of ELECTRON TRANSFER FLAVOPROTEIN SUBUNIT β (ETFβ) in rice (Oryza sativa). etfβ displayed meiosis initiation defects, excessive accumulation of branched-chain amino acids (BCAAs) and decrease in total N contents in spikelets under N starvation, which were rescued by applying excess exogenous inorganic N. Under N starvation, ETFβ, through its involvement in BCAA catabolism, promotes N reutilization and contributes to meeting N demands of spikelets, highlighting the impact of N nutrition on meiosis initiation. We conclude that N nutrition contributes to plant fertility by affecting meiosis initiation. Nitrogen deficiency can cause floral abortion during reproductive development of rice. Here the authors show that when nitrogen is limited, rice plants require the ETFβ protein, which is involved in branched chain amino acid catabolism, to promote nitrogen reutilization and support the initiation of meiosis.
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