Nitraat is een essentiële macronutriënt voor planten en speelt een cruciale rol bij het reguleren van genexpressie in peulvruchten. Hier zijn enkele belangrijke mechanismen waarmee nitraat de genexpressie moduleert:

1. Op nitraat reagerende transcriptiefactoren:

- Nitraat induceert specifiek de expressie van bepaalde transcriptiefactoren, zoals de Nitraat-Induceerbare Transcriptiefactor 1 (NIN1) in Arabidopsis.

- NIN1 bindt zich aan op nitraat reagerende cis-elementen (NRE's) in de promotergebieden van doelgenen, waardoor hun transcriptie wordt geactiveerd.

2. Signalering van stikstofmonoxide (NO):

- Door de nitraatreductie in planten ontstaat nitriet, dat verder kan worden gereduceerd tot stikstofmonoxide (NO).

- NO fungeert als signaalmolecuul en reguleert verschillende fysiologische processen, waaronder genexpressie.

- NO kan de activiteit van transcriptiefactoren en RNA-polymerase wijzigen, waardoor de transcriptie van op nitraat reagerende genen wordt beïnvloed.

3. Regulatie van microRNA's:

- De beschikbaarheid van nitraat beïnvloedt de expressie van microRNA's (miRNA's), dit zijn kleine niet-coderende RNA's die de genexpressie post-transcriptioneel reguleren.

- Specifieke miRNA's worden geïnduceerd of onderdrukt als reactie op nitraat, wat leidt tot veranderingen in de stabiliteit en vertaling van doel-mRNA's die betrokken zijn bij de assimilatie en signalering van nitraat.

4. Chromatine-modificaties:

- Nitraat kan de structuur en toegankelijkheid van chromatine beïnvloeden, waardoor de genexpressie wordt gemoduleerd.

- Nitraat induceert histonmodificaties, zoals acetylering en methylering, die de chromatinestructuur veranderen, waardoor deze ofwel toegankelijker (euchromatine) of minder toegankelijk (heterochromatine) wordt voor transcriptie.

5. Regulering van de vertaling:

- Nitraat moduleert de translatie van specifieke mRNA's door de activiteit van translatie-initiatiefactoren en ribosomale eiwitten te controleren.

- Dit kan de synthese beïnvloeden van eiwitten die betrokken zijn bij de opname, assimilatie en signalering van nitraat.

6. Hormonale interacties:

- Nitraat interageert met andere plantenhormonen, zoals auxine en cytokinine, om de genexpressie te reguleren.

- Nitraat bevordert bijvoorbeeld de ophoping van auxine, wat de expressie kan induceren van genen die betrokken zijn bij de zijwortelontwikkeling en het nitraattransport.

7. Post-translationele wijzigingen:

- Nitraat kan post-translationele modificaties van eiwitten veroorzaken, zoals fosforylering en ubiquitinatie, die hun stabiliteit, activiteit en lokalisatie beïnvloeden.

Over het geheel genomen reguleert nitraat de genexpressie in peulvruchten via verschillende mechanismen waarbij transcriptiefactoren, NO-signalering, miRNA's, chromatinemodificaties, translatiecontrole, hormonale interacties en post-translationele modificaties betrokken zijn. Deze regulerende mechanismen stellen peulvruchten in staat hun genexpressiepatronen aan te passen aan veranderingen in de beschikbaarheid van nitraat en dienovereenkomstig hun groei en metabolisme te optimaliseren.