硝酸盐是光合生物利用的主要化合态氮源，其同化过程依赖于光合作用提供的能量与还原力。因此，硝酸盐同化与光合活性之间的紧密协调，对于保障能量高效利用及维持细胞内氧化还原稳态至关重要。然而，尽管碳/氮平衡机制已得到广泛研究，硝酸盐同化与光合作用之间的直接调控关联迄今尚未明确。
本项目基于前期对光系统II（PSII）邻近蛋白质组的系统解析工作（Xiao et al., Mol Cell Proteomics, 2022）深入开展。研究团队利用邻近标记技术在蓝藻中鉴定到一个新型PSII放氧复合体亚基PsbO的互作蛋白PirN（Ssl2814），并在本研究中通过进一步的互作实验证实二者存在特异性相互作用。
研究发现，PirN特异性地在硝酸盐培养条件下诱导表达。PirN缺失导致PSII亚基PsbO与硝酸盐同化关键酶即硝酸还原酶NarB协同下调，引发PSII活性降低及硝酸盐条件下的生长缺陷，其表型与氮饥饿野生型蓝藻细胞高度相似。值得注意的是，PsbO的下调仅特异性发生于硝酸盐条件下的pirN和narB缺失突变体，首次将硝酸盐同化与光合功能直接关联。回补实验表明，PsbO或NarB任一蛋白的恢复表达均可显著挽救突变体生长缺陷，并促进对方的上调，揭示二者间存在紧密的相互调控关系。
综上所述，上述发现构建了一个以PirN为核心节点、协同调控NarB与PsbO的硝酸盐特异性调控网络，提出PirN可能通过感应细胞内氧化还原状态变化、动态调控PsbO活性，从而实现光合电子传递与硝酸盐同化过程的精准偶联。该研究阐明了光合作用与氮素代谢协同调控的关键机制，为深入理解光合生物碳氮代谢偶联及农作物氮素高效利用提供了新的理论依据。
该项研究成果于2026年3月20日在线发表于Advanced Science杂志(https://doi.org/10.1002/advs.202518047)。中国科学院遗传与发育生物学研究所汪迎春研究组工程师黄成成和已毕业博士生肖珍为该论文的共同第一作者。中国科学院植物研究所杨文强研究员与汪迎春研究员为本文共同通讯作者。该工作得到科技创新2030重大项目、国家重点研发计划以及国家自然科学基金资助项目的支持。
PirN介导硝酸盐同化与光合电子传递协同调控的模式图
