【摘 要】
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目前,嫁接技术已在我国甜瓜生产中被广泛应用,甜瓜嫁接栽培不仅能够有效防治土传病害、克服连作障碍,适宜砧穗组合还能够显著促进甜瓜嫁接植株硝态氮吸收和利用,而硝态氮含量的高低对嫁接甜瓜产量和品质形成作用重大,但有关薄皮甜瓜与中国南瓜砧木互作条件下的硝态氮吸收机制尚未明确。本课题组前期筛选不同薄皮甜瓜与中国南瓜的嫁接组合时发现,硝态氮吸收率高的砧穗组合表现出较高的硝酸转运蛋白CmoNRT2.1和转录因子
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目前,嫁接技术已在我国甜瓜生产中被广泛应用,甜瓜嫁接栽培不仅能够有效防治土传病害、克服连作障碍,适宜砧穗组合还能够显著促进甜瓜嫁接植株硝态氮吸收和利用,而硝态氮含量的高低对嫁接甜瓜产量和品质形成作用重大,但有关薄皮甜瓜与中国南瓜砧木互作条件下的硝态氮吸收机制尚未明确。本课题组前期筛选不同薄皮甜瓜与中国南瓜的嫁接组合时发现,硝态氮吸收率高的砧穗组合表现出较高的硝酸转运蛋白CmoNRT2.1和转录因子CmHY5表达量。鉴于此,本研究以薄皮甜瓜品种‘JS1408’和‘JS1429’为接穗,中国南瓜品种‘ZM1519’和‘ZM1507’为砧木,探究薄皮甜瓜接穗中HY5与中国南瓜砧木中NRT2.1的相互作用,结合根系形态特征,解析CmHY5调控薄皮甜瓜嫁接苗硝态氮吸收的分子机制,以期能够为筛选硝态氮高效利用型砧穗组合提供理论基础和实践依据。主要研究结果如下:1.利用生物信息学软件,通过氨基酸序列比对和构建系统进化树,鉴定了与AtHY5高度同源的甜瓜基因CmHY5和南瓜CmoHY5-1和CmoHY5-2,以及与AtNRT2.1高度同源的南瓜基因CmoNRT2.1。氨基酸序列分析发现,CmHY5、CmoHY5-1以及CmoHY5-2均含有bZIP蛋白结构域;CmoNRT2.1含有MFS1蛋白结构域,这些特征均符合该两类蛋白质的结构特点,亚细胞定位显示CmHY5和CmoNRT2.1在烟草表皮细胞中分别定位于细胞核、细胞膜上,这也与它们发挥的生物学功能相符。2.通过15N稳定同位素示踪和根系扫描分析不同薄皮甜瓜嫁接同种南瓜砧木的嫁接苗发现,以薄皮甜瓜JS1408为接穗的嫁接苗的硝态氮吸收活性和吸收率显著以及砧木根系表型,包括根系长度、根表面积以及根分支数均显著高于JS1429,而根系平均直径则没有显著差异;进一步利用qRT-PCR技术在南瓜砧木中检测到CmHY5,根系中CmHY5、CmoHY5和CmoNRT2.1基因的表达均有显著差异。分析CmHY5在薄皮甜瓜自根苗不同组织中的表达模式,结果表明CmHY5在根、茎、叶组织部位均有表达,且甜瓜接穗JS1408叶和茎中CmHY5表达量均显著高于JS1429,说明薄皮甜瓜接穗的品种特性影响了嫁接苗的硝态氮吸收活性、吸收率以及根系表型。3.利用农杆菌介导的VIGS瞬时沉默获得CmHY5沉默嫁接苗,对其饲喂15N同位素,分析结果表明根系CmoNRT2.1表达显著下调;与野生型相比,VIGS植株根系的根长、根表面积以及根分支数等均显著减少,而根平均直径没有显著性差异,根系的硝态氮吸收活性和吸收率与WT相比显著下降,这表明CmHY5是参与调控CmoNRT2.1影响根系表型及硝态氮吸收的正调控因子。4.利用 DNA 重组技术,构建了CmoNRT2.1、CmHY5、CmoHY5-1和CmoHY5-2酵母表达载体。酵母单杂交试验结果表明,转录因子CmHY5、CmoHY5-1和CmoHY5-2均与CmoNRT2.1启动子存在明显互作,GUS试验、烟草双荧光素酶试验进一步验证CmHY5、CmoHY5-1和CmoHY5-2 可以转录激活CmoNRT2.1表达。
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