盐生植物尿素和硝态氮高亲和转运蛋白功能初探

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:C_Adrian
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氮素是植物生长发育必需的大量元素,土壤有效氮含量不足严重影响作物产量。盐生植物能在氮素含量较低的盐渍化生境中生长并产生生物量,这提示它们可能具有特定的氮高效吸收利用机制。本论文以真盐生植物盐角草以及耐盐模式植物盐芥为材料,分别研究高亲和尿素转运蛋白和硝态氮转运蛋白在氮素吸收利用中的功能,以期为培育氮高效作物提供优质的基因资源。  对盐角草尿素吸收特性的研究发现,盐角草存在高、低亲和两种尿素转运系统,NaC1能够促进其对尿素的吸收速率。进一步从盐角草中克隆得到了与拟南芥高亲和尿素转运蛋白AtDUR3同源的SeDUR3全长CDS;表达量检测发现,SeDUR3在盐角草根部受尿素及NaC1诱导表达;亚细胞定位结果表明,SeDUR3蛋白在细胞质膜上行使功能;SeDUR3能够互补拟南芥atdur3突变体在以尿素作为唯一氮源的培养基上生长发育受限的表型,且拟南芥互补株系能够恢复对尿素的吸收。以上结果说明SeDUR3编码高亲和尿素转运蛋白,参与盐角草对尿素的吸收,NaCl可能通过提高SeDUR3的表达丰度进而提升盐角草对于尿素的吸收。  通过拟南芥硝态氮高亲和转运蛋白NRT2家族7个成员的序列信息,利用BLASTP在盐芥基因组中共鉴定到9个NRT2家族成员。对它们的组织特异性表达模式以及盐和缺氮条件下表达模式与拟南芥同源基因进行比较分析,聚焦了具有盐芥特异性或特异表达模式的基因ThNRT2.1,ThNRT2.5和ThNRT2.7。进一步克隆盐芥及拟南芥的NRT2.1、NRT2.5、NR T2.7并比较研究其生物学功能的异同。与拟南芥中只有一个NRT2.1基因不同,盐芥中存在ThNRT2.1a和ThNRT2.1b两个NRT2.1成员。通过qRT-PCR分析发现,ThNRT2.1a主要在种子、果荚和根部表达,且在根部受缺氮诱导;ThNRT2.1b主要在根中表达,且其表达受盐和缺氮的诱导。对Promoter∷GUS转基因株系的组织化学染色发现,低氮或缺氮条件下ThNRT2.1a主要在根中除根尖之外的其他部位表达,而ThNRT2.1b主要在根尖及幼嫩的叶片表达。亚细胞定位显示,这两个基因编码的蛋白都定位于细胞膜。过表达ThNRT2.1a ThNRT2.1b的拟南芥纯合株系在低浓度硝态氮作为唯一氮源时,侧根数目、侧根总长度、根鲜重都显著高于野生型拟南芥。根据以上结果得出结论,盐芥ThNRT2.1a和ThNRT2.1b在低氮环境下硝态氮的吸收过程发挥作用,并参与低硝态氮下植物的侧根发育过程。盐芥两个成员在根中表达部位不同,两者在根不同部位的协同作用可能是盐芥耐受低硝态氮胁迫的原因之一。
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