论文部分内容阅读
硝酸根(NO3-)是大部分陆生植物主要的氮源，它不仅是重要的营养物质，而且还作为信号分子在调控植物的生长发育过程中发挥着重要作用。高等植物通过根系吸收的NO3-，除了小部分在根中储存或者直接代谢外，大部分被长途转运到植物的地上部位进行同化。但是，逆境条件会促使更多的NO3-留在根部，对这个生理现象的生物学意义和调控机制的研究，对于研究氮素利用效率与逆境互作具有重要的意义。
通过对拟南芥根的Mieroarray数据分析，分离到一个受重金属镉(Cadmium，Cd2+)强烈诱导的基因NRTl.8。该基因属于NRT1家族，与该家族中的一个已知功能的基因NRTl.5同源性最高。NRTl.5主要负责向木质部中装载N03-，并调控N03-从地下到地上的长途转运。GUS染色和原位杂交显示NRTl.8主要在维管组织的木质部薄壁细胞中表达，亚细胞定位分析表明NRTl.8位于细胞质膜上。电生理和N03-吸收实验分析显示该基因编码一个pH依赖的内向型N03-低亲和转运蛋白。NRTl.8基因突变后，突变体伤流液中NO3-的含量显著增加。这些结果表明，NRTl.8的基本功能是从木质部中卸载NO3-。
有意思的是，NRTl.8是N03-吸收代谢途径中唯一受Cd2+强烈诱导表达的基因，预示其在N03-与Cd2+互作中的关键作用。表型分析表明，nrtl.8-1突变体相对于野生型表现出更强的Cd2+敏感表型，而且这种差异随着外源N03-浓度增加而愈发显著；与之对应的是，nrtl.8-1突变体在茎中积累更多的Cd2+。进一步的分析显示，Cd2+胁迫导致更多的N03-被分配到野生型根中，而NRTl.8功能缺失则破坏了这种N03-的再分配。这些结果表明，NRTl.8调控的N03-再分配在植物调控Cd2+耐性机理中发挥了重要作用。
不仅如此，生物信息学分析显示NRTl.8还受其它多种逆境胁迫如盐胁迫、冷害和真菌侵染等强烈诱导表达，其中盐胁迫尤为显著。RT-PCR和实时定量RT-PCR表明高浓度短时间或者低浓度长时间的盐胁迫都可以显著诱导NRTl.8的表达。突变体nrtl.8-1对盐胁迫更敏感，盐胁迫下突变体在茎中积累了更多的Na+，突变体根中NO3-的分配比例也发生和Cd2+胁迫下类似的变化。在野生型中过表达NRTl.8可以显著提高植物对多种逆境的耐性。此外，发现NRTl.5在很多逆境处理诱导下的表达与NRTl.8呈现一种显著的反向相关性，nrtl.5突变体对Cd2+、Na+的抗性也显著高于野生型，预示NRTl.8和NRTl.5协同调控NO3-逆境条件下的再分配，并可能是植物逆境适应调控的一种通用机制。