近日，中国农业大学张敬波教授课题组合作在《Advanced Science》期刊上发表题为“The maize ZmbHLH118 transcription factor regulates vacuolar nitrate loading by the NO3- transporter ZmCLCa”的研究成果。中国农业大学资源与环境学院博士研究生张超男为第一作者，张敬波教授为本研究主要通讯作者，法国蒙彼利埃植物科学研究所Alexis De Angeli教授为共同通讯作者。

该研究首先发现超表达转录因子ZmbHLH118显著抑制玉米在氮充足条件下的生长及植株硝酸盐和总氮浓度，且根系相比于地上部表现出更强的氮表型差异。实验证明转录因子ZmbHLH118具有转录抑制活性，定位在细胞核，且苗期主要在玉米根系中表达。

通过转录组测序分析明确ZmbHLH118参与调节玉米氮代谢及离子转运过程，并筛选到下游潜在的靶基因ZmCLCa。ZmCLCa与AtCLCa和AtCLCb最为同源，且负责硝酸盐转运选择性的氨基酸残基Proline160高度保守。荧光定量实验和双荧光素酶报告基因实验表明，ZmbHLH118负调控ZmCLCa的转录水平以及由ZmCLCa启动子驱动的LUC活性。进一步通过酵母单杂交实验、ChIP-qPCR以及EMSA实验证明ZmbHLH118通过直接结合ZmCLCa启动子P3片段上的两个E-box特征序列抑制ZmCLCa的基因表达。

ZmCLCa定位在液泡膜，苗期同样在玉米根系中高表达。其功能缺失突变体zmclca与ZmbHLH118超表达株系表型相似，在氮充足条件下，zmclca具有显著降低的植株生物量及硝酸盐/总氮浓度，且根系表现出比地上部更为显著的氮表型差异。

15N瞬时吸收实验以及氯酸盐毒害实验证明zmclca的功能缺失以及由ZmbHLH118引起的ZmCLCa转录水平的降低均会抑制玉米根系硝酸盐瞬时吸收速率以及对氯酸盐的耐受性。以上结果表明ZmCLCa与AtCLCa在生理功能等方面可能具有保守性。我们进一步利用电生理膜片钳技术，通过植物全细胞模式记录液泡膜硝酸盐电流，证明了超表达ZmCLCa不仅能够回补拟南芥突变体clca-3中受损的硝酸盐电流，而且能够显著增大烟草细胞中的硝酸盐电流密度，说明ZmCLCa具有与AtCLCa相类似的硝酸盐转运功能，通过介导液泡硝酸盐的流入调节硝酸盐吸收速率，进而调节植株氮水平及生长。

ZmbHLH118-ZmCLCa组件调节液泡硝酸盐内流及植株氮水平的模式图