超表达和沉默小麦硝态氮转运蛋白基因TaNRT2.1对植物生长和氮吸收的影响研究

摘要

为了验证小麦硝态氮转运蛋白（Nitrate transporters, NRT）TaNRT2.1及其辅助蛋白TaNAR2.1 的硝态氮转运功能，本研究一方面构建了 TaNRT2.1 单基因（单超）和TaNRT2.1+TaNAR2.1双基因（双超）超表达载体，采用根癌农杆菌介导的蘸花法转化了野生型拟南芥，利用潮霉素筛选与PCR鉴定分别获得了3个单超与2个双超转基因拟南芥纯合株系。通过研究转基因拟南芥的硝态氮吸收动力学和氮吸收表型明确了超表达TaNRT2.1对拟南芥生长和氮吸收的影响；另一方面构建了大麦条纹花叶病毒诱导的基因沉默（BSMV-VIGS）载体，研究了VIGS沉默对小麦根内TaNRT2.1基因表达和氮吸收速率的影响，通过分析不同小麦品种间沉默效果的差异明确了沉默TaNRT2.1对小麦生长和氮吸收的影响。主要得到以下结果： 1.硝态氮浓度<1 mmol·L-1时，不论单超还是双超均不能提高拟南芥的硝态氮吸收速率。硝态氮浓度>1 mmol·L-1时，仅双超能显著提高拟南芥的硝态氮吸收速率。双超拟南芥的 15NO3-最大吸收速率高于野生型和单超。 2.低氮（0.1 mmol·L-1 NO3-）条件下，两种转基因拟南芥的生长状况和氮吸收与野生型相比均无显著差异。高氮（10 mmol·L-1 NO3-）条件下，转基因拟南芥植株的生长表型好于野生型。单超仅提高了拟南芥的角果重和植株生物量，而双超显著提高了拟南芥的生物量、根系生长和总吸氮量。 3.BSMV-VIGS能沉默小麦根内TaNRT2.1基因的表达。不同品种的小麦接种病毒后叶片表型、TaNRT2.1基因表达水平、生物量、含氮量与吸氮量存在差异。同一品种的小麦在低氮（0.1 mmol·L-1 NO3-）、高氮（15 mmol·L-1 NO3-）条件下VIGS沉默效果也存在差异。TaNRT2.1沉默后，在低氮条件下，5个不同品种小麦的地上部生物量、总生物量、含氮量和总吸氮量与接种空病毒处理相比均没有显著差异。在高氮条件下，洛麦1号的地上部生物量与地上部吸氮量都显著低于接种空病毒处理，但其它4个品种的地上部生物量与吸氮量在基因沉默和空病毒处理间均无显著差异。 4.洛麦1号的TaNRT2.1沉默后，它的 15N吸收量和根系 15N吸收速率在氮浓度较低（0.1、0.5 mmol·L-1）时都显著降低，在氮浓度较高（5.0、10.0 mmol·L-1时与接种空病毒处理没有显著差异。 综上，可以得到以下结论：TaNRT2.1转运蛋白能够转运NO3-；双超对拟南芥生长和氮吸收的影响大于单超；超表达TaNRT2.1能提高拟南芥的总吸氮量，沉默TaNRT2.1能降低小麦的总吸氮量。TaNRT2.1对植物的氮吸收效率有重要的调控作用。

目录

第一章 绪论

1.1 立题背景与研究意义

1.2 文献综述

1.2.1 植物体内硝酸盐转运体系概况

1.2.2 植物体内硝酸盐转运蛋白基因的表达与调控

1.2.3 硝态氮转运蛋白对植物氮效率的影响

1.2.4 VIGS技术在基因功能研究中的应用

1.3 研究目的

1.4 研究内容

1.4.2 内容二 BSMV-VIGS对TaNRT2.1基因沉默效果的研究

1.5 技术路线

第二章 超表达小麦硝态氮转运蛋白基因TaNRT2.1对拟南芥生长及氮吸收的影响

引言

2.1 材料与方法

2.1.1 超表达TaNRT2.1拟南芥植株的获得与分子鉴定

2.1.2转基因拟南芥植株的硝态氮吸收动力学研究

2.1.3转基因拟南芥全生育期氮吸收表型测定

2.1.4数据处理

2.2 结果与分析

2.2.1 转基因拟南芥的TaNRT2.1与潮霉素抗性基因表达分析

2.2.2 超表达TaNRT2.1对拟南芥硝态氮吸收动力学的影响

2.2.3 超表达TaNRT2.1对拟南芥不同器官生物量的影响

2.2.4 超表达TaNRT2.1对拟南芥农艺性状的影响

2.2.5 超表达TaNRT2.1对拟南芥根系生长的影响

2.2.6 超表达TaNRT2.1对拟南芥全生育期氮吸收的影响

2.3 讨论

第三章 BSMV-VIGS沉默TaNRT2.1基因对小麦生长及氮吸收的影响

引言

3.1材料与方法

3.1.1 VIGS沉默载体的构建与烟草的转化

3.1.2 小偃22的VIGS沉默试验

3.1.3 不同小麦品种的VIGS沉默效果差异试验

3.1.4 15N吸收速率试验

3.1.5 数据处理

3.2 结果与分析

3.2.1 VIGS沉默对小麦根内TaNRT2.1表达的影响

3.2.2 不同小麦品种间VIGS沉默TaNRT2.1效果的差异分析

3.2.3 VIGS沉默对小麦 15N吸收的影响

3.3 讨论

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

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