木薯(Manihot esculenta Crantz)具有典型的热带作物高光合效率、高淀粉产量、抗逆性强等生物学特征。在应对粮食危机、能源危机方面潜力巨大,可作为饲料供应、工业淀粉和燃料乙醇应用。氮素作为关键的大量元素,是植物需求量最大的元素,也是限制植物生长和影响产量的首要影响因子。植物中关于氮素吸收转运的分子机制的研究主要集中于NRT硝态氮转运蛋白家族。在拟南芥中已经深入研究了NRT1和NRT2家族基因,水稻和其他作物中NRT家族基因的研究也较广泛。木薯具有对氮素高效利用的遗传特征,使其成为非洲第一粮食作物,以及贫瘠地区的拓荒作物,但是相关NRT家族基因的分子机制研究报道较少。为了了解其耐贫瘠的作用机理,提高木薯在贫瘠土壤中对氮素的利用率,通过不同浓度的硝态氮处理木薯“华南5号”组培苗,利用生物信息学和RT-PCR技术筛选到一个NRT2家族基因,命名为MeNRT2.1。通过定量分析,亚细胞定位,GUS染色技术以及转基因技术等探究该基因的氮素转运功能,为进一步筛选高硝态氮转运蛋白基因,转化木薯提高产量提供参考,对于木薯抗逆品种的育种具有重要意义。主要研究成果如下:1)硝态氮对木薯的生长发育有重要影响。本实验研究表明,NO3-浓度在0 mmolL-1到10 mmolL-1时,木薯组培苗的相对生长量与之成正相关;而根数目在0.2 mmolL-1和5 mmolL-1时较多,较高和较低的N03-都会抑制木薯组培苗根的数目。2)筛选得到一个NRT2基因。其中MeNRT2.1基因全长1899 bp,含有1593 bp的开放阅读框架,编码530个氨基酸。木薯MeNRT2.1与苜蓿、拟南芥、可可、杨树等物种的NRT2.1的同源性高,其中与可可树TcNRT2.1的亲缘关系最近,氨基酸相似性达到90%。3)实时荧光定量PCR检测表明MeNRT2.1在木薯组培苗的根中表达;并且在0.2 mmol L-1时,其相对表达量较高,10 mmolL-1时其相对表达量较低;在茎、叶中的表达基本不受外界硝态氮浓度变化的诱导,即该基因在根中具有诱导型组织特异性表达模式。烟草原生质体瞬时表达发现MeNRT2.1定位在细胞膜上,可能具有转运硝态氮的功能。4)构建了该基因的CRISPR/Cas9基因编辑系统,为转化木薯验证该基因功能提供基础。5)克隆获得该基因启动子1876bp序列,构建含有GUS的表达载体,转化拟南芥。染色分析表明该启动子在根中具有基础表达;受到0.2 mM和10 mM硝态氮诱导12 h左右,根、茎、叶中明显上调表达;在不含硝态氮介质中诱导12 h左右,该启动子在老叶中具有较高活性。6)木薯转化周期较长,目前仍处于组织分化阶段,未获得阳性植株。通过构建过表达载体,农杆菌转化,获得转基因拟南芥。表型分析表明,过表达植株在正常MS培养基中长势明显优于野生型;缺氮实验中,野生型和阳性对照拟南芥死亡,而过表达植株生长基本正常;氯酸钾毒害实验中,过表达拟南芥植株加快了对氯酸盐的吸收,使叶绿素受到破坏;定量PCR表明该基因在拟南芥中(高氮低氮诱导)高效表达。初步认定,该基因对拟南芥吸收转运硝态氮具有促进作用。