论文摘要
中国农业已经进入高成本时代,生产资料价格已经普遍上涨,种子、肥料、农药等价格都处于上涨趋势中。氮肥在水稻的生产中起到至关重要的作用,近年来中国的氮肥施用量也是急剧上升。中国水稻种植面积占世界总面积的20%,但氮肥施用量却占到世界总施用量的37%,1995年中国的氮肥生产量和使用量已达到世界第一位,但中国的氮肥使用效率却不高,氮肥施用的同时也加剧了环境的污染,导致生态恶化。因此,在现代化农业建设中,通过生物学手段来提高水稻对氮肥的利用率,减少氮肥污染,保护自然资源,是解决氮肥利用率低的一条比较好的途径。植物对硝酸盐的吸收是通过根系一整套高效吸收转运系统-硝酸盐转运蛋白家族来完成的,主要由高亲和低亲和两套吸收转运系统来完成。通过分子生物学方法,得到水稻两个同源性很高的硝酸盐转运蛋白基因OsNRT1.1a, OsNRT1.1b的克隆。本研究以模式水稻品种日本晴（Nipponbare）为材料,通过RT-PCR、超表达、蛙卵异源表达系统、电生理等方法研究了OsNRT1.1a和OsNRT1.1b的功能和表达调控模式,所获得的主要结果如下：1.通过对两个基因全序列、氨基酸结构以及跨膜分析,得出他们基因的同源性达到95%,二者仅各有一个内含子的差别。但OsNRT1.1b的开放阅读框（ORF）只有OsNRT1.1a的一半长,为OsNRT1.1a的前半部分。通过跨膜预测分析得出OsNRT1.1b为6次跨膜,而OsNRT1.1a为正常的12次跨膜。通过序列分析表明OsNRT1.1a与OsNRT1.1b在水稻基因组中都是以单拷贝的形式存在,都位于3号染色体上,拥有相同的启动子。2.通过RT-PCR技术,分析了OsNRT1.1a与OsNRT1.1b在水稻中地上部和地下部的基因表达情况,两个基因对不同处理的表达情况具有一定的相似性,在完全缺氮下这两个基因的表达都相对较弱,当以低浓度N03-和NH4+诱导以后,表达量都相应增加许多,因此这两个基因是受氮诱导的。3.分别克隆了水稻OsNRT1.1a与OsNRT1.1b两个基因,通过农杆菌介导转到水稻愈伤组织中进行过表达实验。对所得到的OsNRT1.1a与OsNRT1.1b两个转基因品种进行不同氮形态和浓度的水培处理后得到结果为这两个品种都明显比野生型植株长得高大、分蘖多、结实率更高。同样在相同处理的土培条件下也得到类似的结果。同时分析了不同处理下水稻地上部地下部总氮的含量,结果显示,地上部总氮含量转基因植物都高于野生型植株,地下部的总氮含量不固定,不同处理结果趋势不相同。在前期用MS培养基同时进行转基因植株与野生型植株发苗,在发苗一周后转基因植株地上部高度明显高于野生型,而后进行的1/4全营养液培养下每四天记录一次地上部、地下部高度和鲜重后得到结果为：转基因植株的地上部生长速度明显快于野生型,处理20天后平均高于野生型5厘米左右,而地下部的生长转基因水稻与野生型没有明显差异。4.在对水稻中OsNRT1.1a与OsNRT1.1b两个基因分别进行过表达后,转基因植株和野生型同时饥饿一周后进行根部电生理实验分析得到：OsNRT1.1a过表达后对高低浓度的硝态氮的响应情况与野生型类似,而OsNRT1.1b过表达对低浓度的硝态氮只有微弱响应,而对高浓度的硝态氮几乎不响应。同样饥饿一周,OsNRT1.1a过表达后对高低浓度铵态氮的响应情况也与野生型类似,但OsNRT1.1b对高低浓度的铵态氮都有强烈的响应。在正常营养液培养条件下OsNRT1.1b对高低浓度的硝态氮的响应与野生型相比基本没什么差异。在用低浓度的硝态氮诱导培养条件下,OsNRT1.1a的表现基本与野生型相类似,也体现出了OsNRT1.1a为低亲和硝态氮转运蛋白基因的特性,在高浓度的硝态氮条件下响应强烈。而OsNRT1.1b在高低浓度硝态氮条件下的响应都较野生型平淡。5.蛙卵异源表达结果显示,当注射OsNRT1.1b基因时,蛙卵对低浓度的NO3-表现出大约10mv的去极化,说明蛙卵相应地对NO3-有一定吸收。所以OsNRT1.1b可能是负责硝酸盐吸收转运的一个基因。
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相关论文文献
- [1].OsNRT1.1A:解决水稻高氮下“贪青晚熟”的关键基因[J]. 遗传 2018(03)