水稻硝酸盐转运蛋白基因OsNPF7.9表达模式分析及过表达对水稻生长和氮素积累的影响

摘要

植物在整个生命周期中需要多种营养元素，在所有的必需营养元素中，氮素是限制植物生长和形成产量的首要因素，同时它对改善作物品质也有明显作用。植物吸收利用的氮素主要是铵态氮和硝态氮。高等植物中硝态氮的转运主要通过硝酸盐转运蛋白完成，根据转运效率不同，分为高亲和硝酸盐转运蛋白(NRT2s)和低亲和硝酸盐转运蛋白(NRT1s)，Laren等(2014)将NRT1s和PTRs(Peptidetransporter)统一命名为NPFs(Laren et al.，2014)。
　　水稻是一种喜铵作物，但是有研究证明水稻根系能够泌氧，同时水稻茎秆通气组织发达，能够将根系周围部分铵态氮转化为硝态氮，进而吸收利用。本研究以硝酸盐转运蛋白OsNPF7.9为研究对象，利用semi-quantitativeRT-PCR、q-PCR技术、过表达和启动子融合GUS研究了OsNPF7.9表达调控模式和功能。主要研究结果如下:
　　1.通过生物信息学分析，OsNPF7.9基因转录本共有五个外显子和四个内含子，编码610氨基酸。氨基酸序列分析表明，OsNPF7.9有10-12个跨膜结构。从表达部位看，OsNPF7.9在水稻各个部位均有表达。硝酸盐转运蛋白进化树显示OsNPF7.9与已经报道的拟南芥AtNRT1.8和AtNRT1.5关系较密切，同时与OsNRT1.1的进化关系也较近。OsNPF7.9基因启动子序列元件分析显示OsNPF7.9启动子中含有多个与氮、光、干旱、激素等有关的顺式作用元件。
　　2.通过截取水稻OsNPF7.9启动子融合GUS报告基因，利用农杆菌转基因技术，发现OsNPF7.9基本在水稻的各个部位都有表达，例如:麸皮、花药、根毛、幼根、叶片、茎秆、发芽的胚、根茎结合处以及成熟根系的中柱等。RT-PCR与GUS表达结果显示OsNPF7.9表达不受氮形态和浓度的影响。
　　3.利用q-PCR技术研究缺钾、干旱以及激素对OsNPF7.9表达的影响，在缺钾条件下，OsNPF7.9在地下部表达受到显著抑制，而地上部显著上调;5％(m/v)PEG模拟干旱处理，OsNPF7.9在地上部表达受到显著抑制，地下部显著上调;OsNPF7.9表达受到10μMIAA、50μM ABA、1μMT-transzeatin上调。
　　4.正常水培30天，与WT相比，过表达株系OE4和OE5地上部显著干重增加约20.2％、20.9％，地下部干重无显著差异，根冠比降低约13.1％、14.2％，地上部和地下部全氮含量均显著增加，植株氮积累总量显著提高;田间农艺性状分析，叶和穗的长度显著增加，结实率和谷草比显著下降，全氮含量在种子、颖壳和瘪壳中显著增加，而其他部位无明显差异。

目录

声明

摘要

英文缩略符及中英文对照表

第一章 文献综述

1 水稻氮素营养的意义

2 硝态氮的功能

2．1 硝态氮对水稻铵态氮吸收同化的影响

2．2 硝态氮对侧根发育的影响

3 硝酸盐转运蛋白研究进展

3．1 高亲和硝酸盐转运系统

3．2 低亲和硝酸盐转运系统

3．3 低亲和硝酸盐转运系统组织表达模式和亚细胞定位分析

3．4 硝酸盐转运蛋白表达调控研究进展

4 研究目的和意义

第二章 OsNPF7．9生物信息学分析

1 引言

2 材料与方法

2．1 OsNPF7．9染色体基因结构分析

2．2 OsNPF7．9相关基因进化树分析

2．3 OsNPF7．9表达模式分析

2．4 OsNPF7．9启动子结构分析

3 结果与分析

3．1 OsNPF7．9染色体及基因结构分析

3．2 OsNPF7．9相关基因进化树分析

3．3 OsNPF7．9表达模式分析

3．4 OsNPF7．9启动子预测与分析

4 讨论

第三章 水稻OsNPF7．9表达模式分析

1 引言

2 材料与方法

2．1 材料

2．2 组织总RNA提取及cNDA第一条链合成

2．3 半定量RT-PCR

2．4 荧光定量PCR

2．5 启动子融合GUS报告基因载体的构建

2．6 农杆菌介导的水稻转化

2．7 转基因苗的检测

2．8 OsNPF7．9受干旱、缺钾及激素调控的表达模式

3 结果与分析

3．1 OsNPF7．9受铵态氮和硝态氮调控的表达模式

3．2 水稻OsNPF7．9组织表达特异性

3．3 OsNPF7．9受干旱、缺钾及激素调控的表达模式

4 讨论

第四章 过表达OsNPF7．9基因对水稻生长的影响

1 引言

2 材料与方法

2．1 材料

2．2 OsNPF7．9超表达材料获得

2．3 水稻OsNPF7．9基因超量表达鉴定

2．4 OsNPF7．9超表达水稻株系大田试验及农艺性状分析

2．5 转基因水稻水培试验条件表型分析

3 结果与分析

3．1 OsNPF7．9超表达株系鉴定

3．2 OsNPF7．9超表达植株田间农艺形状分析

3．3 OsNPF7．9超表达植株田间全氮测定

3．4 过表达OsNPF7．9对水稻生长、总氮及硝态氮积累的影响

4 讨论

全文结论

创新点

参考文献

附录

论文发表及专利

致谢