论文部分内容阅读
植物体拥有一系列的含氮化合物转运基因以实现从土壤中吸收氮素营养和在植物体内对氮素营养的重新分配,满足植物体在生长、发育和繁殖过程中对氮素营养的需要。其中寡肽运输基因家族(PTR家族)的基因在植物有机氮平衡和利用方面起着重要的作用。本研究针对水稻PTR家族的基因OsPTR9构建了启动子-GUS表达载体、OsPTR9-EGFP载体、超表达载体、干扰表达载体和突变体互补载体,通过农杆菌介导法转化水稻愈伤,获得的转基因植株与突变体植株一起探索OsPTR9的底物转运、时空表达特性及对水稻生长发育的影响,分析表明:
1.底物运输及亚细胞定位。OsPTR9是一个PTR家族的同源基因,蛋白定位在质膜上,并且有8个跨膜结构。尽管通过铵、硝酸根与寡肽运输缺陷型酵母互补实验的验证,但OsPTR9未能互补这些功能缺陷型酵母的寡肽、铵与硝酸根的运输功能,因而其确切的运输功能需要进一步的研究。
2.OsPTR9基因的时空表达模式。OsPTR9在水稻胚、胚根、胚芽、根(包括根冠、侧根)、茎、叶、穗(包括颖壳及花药)等都有表达,在侧根、叶、穗的表达量较高,侧根中OsPTR9的表达主要集中在根皮层。另外,该基因表达受不同氮源调节,表达还呈现昼夜规律,并且能被铵根离子诱导表达。
3.OsPTR9对铵吸收、氨基酸含量及植物生长的影响。实验表明,OsPTR9的超表达植株根的铵吸收能力增强,总游离氨基酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量提高,根中与铵吸收正相关的重要氨基酸Gln含量增加。干扰和突变体植株根的铵吸收能力减弱,总游离氨基酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量下降,Gln含量降低。干扰和突变体植株茎中总游离氨基酸含量显著增加,积累了过量的Gln、Asn、Glu等氨基酸,影响了营养物质向植株上部转运,导致植株生长矮小,分蘖、株高、生物量等指标降低。在铵肥条件下,超表达植株的分蘖数、株高、生物量、光合速率都比对照显著提高,其中在低铵下比对照增加幅度最大,高铵处理下超表达植株数值最高。
4.OsPTR9对水稻根发育的影响。在氮源为铵的条件下,超表达植株不定根根数、侧根密度增加,而干扰及突变体植株相关指标降低。进一步研究表明,干扰及突变体植株根冠发育异常,侧根原基外突破部位厚壁细胞异常加厚,阻碍了侧根原基的突破,另外侧根原基形状异常,导致薄壁细胞内堆积了很多内含物,影响侧根的发育和对营养的吸收。
5.OsPTR9对水稻产量的影响。干扰和突变体植株有效穗、穗长、总粒数、千粒重等与对照相比显著性降低,结实率比对照降低了50%以上,结实粒数非常少,osptr9突变体结实下降与生长能被OsPTR9互补。超表达植株主要通过增加每株的粒数(包括增加每穗粒数、有效穗个数)和千粒重达到产量的提高。产量在不施肥处理中增幅最大,铵肥有利于超表达植株获得较高的产量。
一系列研究结果表明,OsPTR9与氮代谢有重要的关系,对水稻生长发育中氮素营养的运输及循环利用等有重要的作用,能间接促进铵的吸收。该基因对于提高土壤中铵肥的利用率、促进水稻生长,并且提高水稻产量上有重要的应用价值。