缺氮的植物葉片會向根部傳信

野生種（左）與不表現傳信分子CEPDL2的植物（右）。
圖片來源：Nature Communication

植物不能沒有氮素（N）。蛋白質、核酸的合成都需要氮，連部分的脂肪與碳水化合物都含有氮。缺氮的植物會出現生長緩慢、植株變小發紅、木質部增生的問題，產量也會下降。通常農作物會長的不好，不是缺氮就是缺磷。

氮的吸收可分為高親和力（氮濃度小於0.5mM）與低親和力（氮濃度大於0.5mM）兩個層面來探討。植物的根部有運送氮的運輸蛋白，負責高親和力與低親和力環境下的氮運輸。不過土壤中的氮濃度瞬息萬變，植物如何讓自己從環境中獲取足夠的氮呢？

最近的研究發現，擬南芥（Arabidopsis thaliana）中的一個小分子肽賀爾蒙CEPDL2，在植物葉片缺氮的時候，會透過維管束（應該是篩管/韌皮部）送到根部，使根部開始表現高親和力氮運輸蛋白，達成提升氮吸收的目的。

不只是在缺氮的環境下需要CEPDL2，研究團隊發現，當他們把CEPDL2的基因以基因編輯的方式剔除後，不表現CEPDL2的植物（cepdl2突變株）在含有豐富氮（10mM）的狀況下只能長到野生種的65%，在低氮（3mM）的狀況下只能長到野生種的57%，顯示了植物也需要它來維持正常狀況下的氮吸收。

CEPDL2的啟動子在子葉與成熟葉片的韌皮部（篩管）的活性最高。研究團隊以嫁接的方式發現，當植物缺氮時，葉片韌皮部合成的CEPDL2會被運送到根部，使根部高量表現高親和力氮運輸蛋白，從而促使植物的根部吸收更多的氮。

由於氮吸收對植物非常重要，當然CEPDL2不會是植物唯一缺氮時會釋放的肽信號。這個實驗團隊過去也發現另外兩個肽信號，CEPD1與CEPD2。這兩個肽信號在植物的根部偵測到缺氮時，透過地上部分傳信通知給其他的根，從而調整氮的吸收。

參考文獻：

Ryosuke Ota, Yuri Ohkubo, Yasuko Yamashita, Mari Ogawa-Ohnishi, Yoshikatsu Matsubayashi. Shoot-to-root mobile CEPD-like 2 integrates shoot nitrogen status to systemically regulate nitrate uptake in Arabidopsis. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-14440-8