氮素是植物生长发育所需的最主要的大量元素之一,氮肥的施用是维持作物高产稳产的关键。农业上施加大量的氮肥以提高作物的产量,但由于作物对氮肥的吸收利用率低,使得未被植物吸收利用的氮素流失到环境中,造成了严重的面源污染。因此,必须加强对植物吸收利用氮素的分子规律和调控网络的研究,以提高作物的氮素利用率、推动农业的可持续发展。但由于植物体内调控氮素吸收利用的机制十分精细复杂,使得对氮素调控的研究进展十分缓慢。本研究利用RNA-seq技术检测到强烈响应NO₃^-的lncRNA T5120,同时还利用正向遗传学的方法克隆出1个NO₃^-负调控基因NSIG,并对它们在NO₃^-信号及代谢调控方面的功能进行了深入、系统的分析。一、LncRNA T5120调控NO₃^-信号及同化利用长链非编码RNA在各个生物学进程中都发挥重要的调控作用,但目前还未有其在硝态氮调控方面的报道。我们利用RNA-seq测序技术检测受NO₃^-处理影响的lncRNAs,结合qPCR技术的验证结果,鉴定出六个受NO₃^-强烈诱导的lncRNAs,其中T5120的NO₃^-诱导量最高;进一步的研究发现T5120的表达在硝态氮还原酶（NR-null）突变体中仍受NO₃^-的诱导,说明T5120的表达可以直接受NO₃^-信号的诱导,而不是NO₃^-的还原产物。qPCR检测发现T5120过表达系中NO₃^-响应基因的NO₃^-诱导量明显升高,表明T5120能调控植物对NO₃^-的响应;生理检测发现T5120过表达系的NO₃^-含量显著降低;进一步的研究结果显示,过表达系的硝态氮还原酶（NR）活性和氨基酸含量明显升高,而对NO₃^-的吸收不变,说明过表达系中NO₃^-含量降低是由于同化作用增强造成的。分子水平的检测结果表明,T5120过表达系中部分NO₃^-同化基因的表达量显著增加。上述结果说明T5120能促进植物对NO₃^-的初级响应和同化利用。为进一步了解T5120的作用机制,我们分析了T5120的启动子序列,发现其启动子区存在一个NO₃^-响应（NRE-like）元件;随后利用Y1H和ChIP-qPCR技术进行鉴定,结果显示NLP7可以结合T5120的启动子,LUC/REN双荧光素酶报告系统分析表明NLP7可以激活T5120的转录,进一步的研究发现NLP7可以调控T5120的表达和NO₃^-诱导量,这些结果说明NLP7可以直接结合T5120并调控其表达。将T5120在nlp7-4突变体中过表达,发现T5120/nlp7-4株系根部的荧光明显强于nlp7-4突变体;T5120/nlp7-4株系的NR活性和NO₃^-同化基因的表达明显升高,表明T5120能部分恢复nlp7突变体在NO₃^-信号及同化方面的缺陷。上述结果说明T5120作用于NLP7的下游调控NO₃^-信号。通过对T5120过表达系在低和高两种NO₃^-浓度条件下的表型观察及统计,发现T5120能促进植物的生长。二、NSIG调控NO₃^-信号及代谢正向遗传学是克隆新基因的有效途径,本研究还利用NO₃^-调控基因筛选系统克隆出一个新基因NSIG。在无NO₃^-的培养条件下,含NO₃^-响应启动子（NRP-YFP）的野生型幼苗根部不发荧光,通过筛选突变群体,筛选出一个根部发强荧光的NO₃^-负调控突变体E7;通过图位克隆和全基因组测序确定突变基因为一个新的NO₃^-调控基因,将其命名为NSIG（NITRATE SIGNALING INHIBITED GENE）,原生质体瞬时转化实验表明该蛋白定位于细胞核中。RNA-seq分析显示E7突变体中多个NO₃^-响应基因的表达显著高于野生型,说明NSIG负调控NO₃^-信号;进一步的研究发现,有NO₃^-存在下,NSIG依然负调控NO₃^-信号,说明NSIG对NO₃^-信号的负调控作用不依赖于NO₃^-。为研究NSIG在NO₃^-代谢方面的功能,我们检测了E7突变体中的NO₃^-含量,发现突变体中NO₃^-含量降低;深入的研究发现E7突变体对NO₃^-的吸收降低,而NR活性和氨基酸含量升高,分子水平的检测发现E7突变体中转运基因NRT1.1的表达下降,而部分NO₃^-同化基因的表达升高。这些结果说明NSIG调控了植物对NO₃^-的吸收和同化。为研究NSIG与NRT1.1的作用关系,我们分别检测了单基因突变体中另一基因的表达,发现E7突变体中NRT1.1的表达显著降低,而nrt1.1突变体中NSIG的表达没有变化;接下来我们构建了E7 chl1-13的双突变体,并对其荧光进行了观察,发现NSIG与NRT1.1在不同通路上调控NO₃^-的信号。上述结果表明NSIG可以调控NRT1.1的转运功能,但不影响其信号功能。通过对NSIG与NLP7作用关系的研究,发现NSIG与NLP7在NO₃^-信号调控途径中也是相互独立的。本研究克隆了两个新的NO₃^-调控基因T5120和NSIG、鉴定了它们在NO₃^-调控方面的功能、阐明了它们的作用机制,为解析植物体内的NO₃^-调控机制和网络奠定了基础、为提高作物的氮素利用率提供了理论依据和指导。