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1.甘蓝型油菜BnaAQPs家族基因响应低硼胁迫的基因表达差异
硼是高等植物必需的微量营养元素，是植物细胞壁的重要组成成分，缺硼抑制植物生长发育和开花结实。甘蓝型油菜是我国重要的油料作物，主要种植于我国长江流域。然而，我国东南部及长江中下游地区土壤有效硼含量低，多处于缺硼和严重缺硼状态，油菜缺硼产量和品质显著降低。植物在应对外界硼浓度变化时，体内会产生一系列的生理生化的响应。前期研究表明AtNIP5;1是拟南芥根系中硼酸高效吸收的水通道蛋白。本研究首先对油菜水通道蛋白家族基因(BnaAQPs)及其对低硼胁迫的响应进行分析。其次比较了硼高效品种(青油10号，QY10)和硼低效品种(Westar10，W10)不同BnaNIP5;1s亚家族成员硼的吸收效率。最后分析了BnaNIP5;1s在甘蓝型油菜硼吸收、转运和分配中的功能作用。主要结果如下：
利用甘蓝型油菜基因组数据库，通过生物信息学分析确定了121个全长的AQP基因家族成员，这些成员分为BnaPIPs、BnaTIPs、BnaSIPs和BnaNIPs四个亚家族。总体上，BnaPIPs和BnaTIPs亚家族基因表达量较高，且缺硼处理多数基因表达量下调；BnaSIPs和BnaNIPs亚家族基因表达量相对较低，仅有极少数基因具有相对较高的表达量。BnaNIP5;1s的基因表达受缺硼显著上调，根系中BnaA07.NIP5;1c和BnaC06.NIP5;1c的基因表达几乎检测不到，BnaA02.NIP5;1a、BnaC02.NIP5;1a、BnaA03.NIP5;1b和BnaC03.NIP5;1b为相对表达丰度较高的基因成员，该四个成员为甘蓝型油菜硼酸吸收关键基因成员。
2.甘蓝型油菜BnaNIP5;1s基因序列和硼吸收能力的差异
分离克隆得到甘蓝型油菜硼高效(QY10)和硼低效品种(W10)BnaNIP5;1s的CDS序列，测序结果显示两个品种间BnaA03.NIP5;1和BnaC06.NIP5;1的CDS序列不一致，但预测蛋白质序列仅BnaC06.NIP5;1有差异。硼高效品种与硼低效品种BnaC06.NIP5;1的蛋白质序列除存在2个氨基酸位点的变异外，与W10相比，QY10BnaC06.NIP5;1还具有1个24个氨基酸的插入变异。35S-BnaNIP5;1s-GFP的烟草瞬时表达和拟南芥稳定表达均表明BnaNIP5;1s为细胞膜定位蛋白。QY10和W10BnaC06.NIP5;1酵母异源表达的硼酸吸收试验和超表达回复nip5;1缺硼表型试验均表明QY10BnaC06.NIP5;1(BnaC06Q.NIP5;1)由于24个氨基酸的插入使其失去硼酸吸收转运的能力。BnaNIP5;1s家族不同成员的蛋白质序列存在两个重要差异序列区，ar/R选择性过滤区(AIGR、AIAR和ANAR)和TPG重复序列区(TPGTPG和KPGTPR)。BnaNIP5;1s家族不同成员酵母异源表达的硼酸吸收试验和拟南芥的互补试验同时证明BnaNIP5;1s家族成员之间存在显著的硼酸吸收和转运活性差异，硼吸收活性大小顺序：BnaC02.NIP5;1＞BnaA02.NIP5;1＞BnaA03.NIP5;1和BnaC03.NIP5;1＞BnaA07.NIP5;1和BnaC06W.NIP5;1。
3.BnaNIP5;1s参与甘蓝型油菜根对硼吸收和地上部硼的分配
RT-PCR结果表明，甘蓝型油菜硼高效品种(QY10)BnaA02.NIP5;1、BnaC02.NIP5;1、BnaA03.NIP5;1和BnaC03.NIP5;1的基因表达模式相似，它们在根、地上部的节和叶柄均有表达，且缺硼时根和地上部BnaNIP5;1s的基因表达上调。ProBnaC02.NIP5;1-GUS组织定位结果与该基因的表达模式一致。油菜与拟南芥NIP5;1的表达模式存在较大的差异，后者仅在根中表达，而前者同时在根和地上部组织中表达。缺硼显著抑制BnaNIP5;1-RNAi株系的生长，在缺硼条件下BnaNIP5;1-RNAi株系BnaNIP5;1s的基因表达较QY10下调，导致硼吸收、转运和分配的能力下降，表明BnaNIP5;1s对甘蓝型油菜硼营养动态平衡具有重要的调控作用。
综上所述，本研究揭示油菜BnaNIP5;1s不同的基因成员之间在转录水平和编码水平均存在显著差异，BnaA02.NIP5;1、BnaC02.NIP5;1、BnaA03.NIP5;1和BnaC03.NIP5;1是具有较高基因表达和较高硼酸转运活性的成员；同时揭示BnaNIP5;1s的基因参与甘蓝型油菜硼营养的吸收、转运和分配过程。
硼是高等植物必需的微量营养元素，是植物细胞壁的重要组成成分，缺硼抑制植物生长发育和开花结实。甘蓝型油菜是我国重要的油料作物，主要种植于我国长江流域。然而，我国东南部及长江中下游地区土壤有效硼含量低，多处于缺硼和严重缺硼状态，油菜缺硼产量和品质显著降低。植物在应对外界硼浓度变化时，体内会产生一系列的生理生化的响应。前期研究表明AtNIP5;1是拟南芥根系中硼酸高效吸收的水通道蛋白。本研究首先对油菜水通道蛋白家族基因(BnaAQPs)及其对低硼胁迫的响应进行分析。其次比较了硼高效品种(青油10号，QY10)和硼低效品种(Westar10，W10)不同BnaNIP5;1s亚家族成员硼的吸收效率。最后分析了BnaNIP5;1s在甘蓝型油菜硼吸收、转运和分配中的功能作用。主要结果如下：
利用甘蓝型油菜基因组数据库，通过生物信息学分析确定了121个全长的AQP基因家族成员，这些成员分为BnaPIPs、BnaTIPs、BnaSIPs和BnaNIPs四个亚家族。总体上，BnaPIPs和BnaTIPs亚家族基因表达量较高，且缺硼处理多数基因表达量下调；BnaSIPs和BnaNIPs亚家族基因表达量相对较低，仅有极少数基因具有相对较高的表达量。BnaNIP5;1s的基因表达受缺硼显著上调，根系中BnaA07.NIP5;1c和BnaC06.NIP5;1c的基因表达几乎检测不到，BnaA02.NIP5;1a、BnaC02.NIP5;1a、BnaA03.NIP5;1b和BnaC03.NIP5;1b为相对表达丰度较高的基因成员，该四个成员为甘蓝型油菜硼酸吸收关键基因成员。
2.甘蓝型油菜BnaNIP5;1s基因序列和硼吸收能力的差异
分离克隆得到甘蓝型油菜硼高效(QY10)和硼低效品种(W10)BnaNIP5;1s的CDS序列，测序结果显示两个品种间BnaA03.NIP5;1和BnaC06.NIP5;1的CDS序列不一致，但预测蛋白质序列仅BnaC06.NIP5;1有差异。硼高效品种与硼低效品种BnaC06.NIP5;1的蛋白质序列除存在2个氨基酸位点的变异外，与W10相比，QY10BnaC06.NIP5;1还具有1个24个氨基酸的插入变异。35S-BnaNIP5;1s-GFP的烟草瞬时表达和拟南芥稳定表达均表明BnaNIP5;1s为细胞膜定位蛋白。QY10和W10BnaC06.NIP5;1酵母异源表达的硼酸吸收试验和超表达回复nip5;1缺硼表型试验均表明QY10BnaC06.NIP5;1(BnaC06Q.NIP5;1)由于24个氨基酸的插入使其失去硼酸吸收转运的能力。BnaNIP5;1s家族不同成员的蛋白质序列存在两个重要差异序列区，ar/R选择性过滤区(AIGR、AIAR和ANAR)和TPG重复序列区(TPGTPG和KPGTPR)。BnaNIP5;1s家族不同成员酵母异源表达的硼酸吸收试验和拟南芥的互补试验同时证明BnaNIP5;1s家族成员之间存在显著的硼酸吸收和转运活性差异，硼吸收活性大小顺序：BnaC02.NIP5;1＞BnaA02.NIP5;1＞BnaA03.NIP5;1和BnaC03.NIP5;1＞BnaA07.NIP5;1和BnaC06W.NIP5;1。
3.BnaNIP5;1s参与甘蓝型油菜根对硼吸收和地上部硼的分配
RT-PCR结果表明，甘蓝型油菜硼高效品种(QY10)BnaA02.NIP5;1、BnaC02.NIP5;1、BnaA03.NIP5;1和BnaC03.NIP5;1的基因表达模式相似，它们在根、地上部的节和叶柄均有表达，且缺硼时根和地上部BnaNIP5;1s的基因表达上调。ProBnaC02.NIP5;1-GUS组织定位结果与该基因的表达模式一致。油菜与拟南芥NIP5;1的表达模式存在较大的差异，后者仅在根中表达，而前者同时在根和地上部组织中表达。缺硼显著抑制BnaNIP5;1-RNAi株系的生长，在缺硼条件下BnaNIP5;1-RNAi株系BnaNIP5;1s的基因表达较QY10下调，导致硼吸收、转运和分配的能力下降，表明BnaNIP5;1s对甘蓝型油菜硼营养动态平衡具有重要的调控作用。
综上所述，本研究揭示油菜BnaNIP5;1s不同的基因成员之间在转录水平和编码水平均存在显著差异，BnaA02.NIP5;1、BnaC02.NIP5;1、BnaA03.NIP5;1和BnaC03.NIP5;1是具有较高基因表达和较高硼酸转运活性的成员；同时揭示BnaNIP5;1s的基因参与甘蓝型油菜硼营养的吸收、转运和分配过程。