在植物生长和发育的过程中，氮是一种主要的限制性营养物质。随着进化时间的推移，植物已经形成了非常灵活的生理和发育反应来应对低氮胁迫带来的挑战，其特征是导致生长受损、光合作用活性减弱和花青素生物合成增加。花青素是植物组织中产生红色、紫色和蓝色的有色化合物，不仅因为它们的美学吸引力，而且因为它们在生态和生理景观中的多方面作用而引起人们的关注。被认为是花青素的关键作用之一是它们吸引动物和传粉者的潜力，并具有抵御不利环境引起的氧化应激的保护功能。

海藻糖-6-磷酸(T6P)是一种强大的信号分子，具有感知体内蔗糖供应和C状态的非凡能力。T6P通过激活C和N代谢中的关键调节因子，如磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和硝酸盐还原酶(NR)，在协调有机和氨基酸代谢中发挥关键作用。在一个显著的例子中，在烟草上应用海藻糖部分缓解了N饥饿的症状，对包括叶绿素浓度、硝酸盐和氨的同化以及生物量积累在内的参数产生了积极的影响。

花青素在保护光合作用组织免受强光、紫外线辐射和氧化胁迫方面起着至关重要的作用。在拟南芥中，低氮(N)和高蔗糖胁迫，触发花青素的积累。海藻糖6-磷酸(T6P)是一个关键的信号分子，负责感知蔗糖的供应和碳(C)的代谢。然而，在低氮和高蔗糖条件下，调控花青素积累的T6P合成酶(TPS)基因的调控机制仍然不清楚。在以前的研究中，证明了细胞质定位的II类TPS蛋白‘BnaC02.TPS8’对甘蓝型油菜光合作用和种子产量提高的积极影响。本研究探讨了BNAC02.TPS8在低氮、高糖胁迫下的生物学作用。Bna C02.TPS8的异位过表达导致了氮充足条件下植株T6P水平的升高，以及低氮条件下C/N比、蔗糖积累和淀粉贮藏的增加。BnaC02.TPS8在拟南芥中的过表达提高了对低N胁迫和高蔗糖水平的敏感性，同时伴随着花青素积累的增加和参与类黄酮生物合成和调控的基因的上调。代谢谱显示，在低氮条件下，Bna C02.TPS8过量表达的拟南芥植株中碳代谢中间产物以及花青素和类黄酮衍生物的水平增加。此外，酵母双杂交(Y2H)和双分子荧光互补(BIFC)分析表明，BnaC02.TPS8同时与BnaC08.TPS9和BnaA01.TPS10相互作用。这些发现有助于理解TPS8介导的花青素积累是如何在低N和高蔗糖条件下被调节的。

图1 拟南芥中芽 T6P 浓度、TPS 活性和 BnaC02.TPS8 异源过表达的 RNA-seq 分析。

图2氮 (N) 缺乏条件下拟南芥野生型 (WT, Col-0) 和 BnaC02.TPS8-OE 系 (O2) 地上部低分子量代谢物浓度的差异，以及这些代谢物的简化代谢物生物合成途径，涉及卡尔文-本森循环、戊糖磷酸途径、TCA 循环和花青素生物合成途径。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s00425-024-04404-3