水稻双亲和硝酸盐转运蛋白基因OsNRT2.4的生物学功能分析

发布时间：2023-05-13 15:26

　　植物生长需要多种营养元素,其中氮是限制植物生长和形成产量的首要因素。植物从土壤中吸收的无机氮源主要为硝态氮(NO3-)和铵态氮(NH4+)两种形式。水稻前期主要生长在淹水条件下,根系环境中氮素主要是NH4+,而在水稻生长的后期,干湿交替的灌溉方式会大大增加根际NO3-的含量。此外,水稻具有发达的通气组织,可以将地上部的O2运输到根际并供给根际硝化细菌生长繁殖,与之伴随的硝化作用将根际部分NH4+转化成N03-,从而导致水稻即使在淹水的土壤中也是生长在NH4+和N03-混合供应的环境中。为了适应多变的环境,植物进化出了低亲和(LATS)和高亲和(HATS)两种NO3-转运系统。通常认为植物对NO3-的转运,在高浓度NO3-条件下由低亲和NO3-转运蛋白NPF家族成员负责,而低浓度N03-条件下由高亲和N03-转运蛋白NRT2及其互作蛋白NAR2家族成员负责。根据水稻全基因组的测序结果,预测水稻OsNRT2和OsNAR2家族分别有5个和3个成员,其中OsNAR2.1,OsNRT2.3a和OsNRT2.3b基因的生理功能已得到了较为深入的鉴定,OsNRT2.1/OsNRT2.2和OsNRT2...

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
中英文缩写词
第一章 文献综述
    1 硝态氮在水稻生长发育过程中营养作用
        1.1 水稻根际的硝化作用
        1.2 硝态氮促进水稻铵态氮吸收同化
    2 植物吸收硝态氮的分子机制
        2.1 植物硝酸盐转运蛋白NRT1/PTR和NRT2家族
        2.2 植物转运蛋白SLAC/SLAH和CLC家族
    3 植物硝酸盐转运蛋白的功能
        3.1 植物对土壤中硝态氮的吸收
        3.2 植物体内硝酸盐的长距离运输
    4 硝酸盐信号传导的分子机制
        4.1 硝酸盐信号受体
        4.2 硝酸盐的响应
        4.3 硝态氮响应的顺式作用元件
第二章 研究的目的意义和技术路线
    1 目的意义
    2 技术路线
第三章 水稻OsNRT2.4基因生物信息学及表达模式分析
    1 引言
    2 材料与方法
        2.1 OsNRT2.4基因生物信息学分析
            2.1.1 OsNRT2.4基因序列分析
            2.1.2 OsNRT2.4跨膜拓扑结构分析
        2.2 OsNRT2.4亚细胞定位分析
            2.2.1 试验材料
            2.2.2 eGFP融合表达载体的构建
            2.2.3 水稻原生质体的获得和OsNRT2.4基因的转化
        2.3 OsNRT2.4基因表达模式分析
        2.4 OsNRT2.4组织定位分析
            2.4.1 水稻基因组DNA的提取
            2.4.2 OsNRT2.4组织定位表达载体的构建
            2.4.3 水稻转基因流程
            2.4.4 转基因水稻的检测
            2.4.5 水稻不同组织部位样品的采集
            2.4.6 GUS染色及观测
    3 结果与分析
        3.1 水稻OsNRT2.4基因结构及跨膜拓扑结构特征
        3.2 OsNRT2.4亚细胞定位
        3.3 OsNRT2.4的组织定位
        3.4 不同形态、浓度氮素供应和激素处理对OsNRT2.4表达影响
    4 讨论
第四章 OsNRT2.4在爪蟾卵母细胞中转运硝酸盐和生长素功能的分析
    1 引言
    2 材料与方法
        2.1 试验材料
        2.2 OsNRT2.4 cDNA克隆的获得
        2.3 OsNRT2.4爪蟾卵母细胞异源表达载体的构建
        2.4 OsNRT2.4基因cRNA的体外合成
        2.5 爪蟾卵母细胞的获得和微注射
        2.6 注入cRNA的爪蟾卵母细胞的培养
        2.7 NO3
-的吸收和外排实验
            2.7.1 爪蟾卵母细胞对NO3
-的吸收实验
            2.7.2 爪蟾卵母细胞对¹⁵NO3
-的吸收动力学实验
            2.7.3 爪蟾卵母细胞对NO3
-的外排实验
        2.8 爪蟾卵母细胞对³H-IAA的吸收实验
    3 结果与分析
        3.1 OsNRT2.4具有转运NO3
-的功能
        3.2 OsNRT2.4与OsNAR2.1不能互作
        3.3 OsNRT2.4不是NO3
-的外排转运蛋白
        3.4 OsNRT2.4的NO3
-吸收动力学特性
        3.5 OsNRT2.4不能转运生长素(IAA)
    4 讨论
第五章 OsNRT2.4敲除对水稻生长和氮素分配的影响
    1 引言
    2 材料方法
        2.1 试验材料
        2.2 OsNRT2.4敲除突变体的获得
        2.3 水稻¹⁵N-NO3
-吸收和再分配实验
            2.3.1 根系¹⁵N-NO3
-瞬时吸收实验
            2.3.2 ¹⁵N-NO3
-由根系到地上部的转运实验
            2.3.3 ¹⁵N- NO3
-由老叶到其他部位的再分配实验
        2.4 水稻体内NO3
--N的测定
        2.5 植物样品的消化及植物全氮(总凯式N)的测定
        2.6 水稻根系动态生长测定
        2.7 NO3
-转运蛋白基因和OsMADSs基因表达分析
        2.8 田间农艺学性状的统计
    3 结果与分析
        3.1 OsNRT2.4敲除突变体的获得与分子鉴定
        3.2 OsNRT2.4敲除对水稻根系生长的影响
        3.3 OsNRT2.4敲除对水稻OsMADSs基因表达的影响
        3.4 OsNRT2.4敲除对¹⁵N-NO3
-吸收速率的影响
        3.5 OsNRT2.4敲除对水稻生长和氮素积累的影响
        3.6 OsNRT2.4敲除对¹⁵N-NO3
-转运再分配的影响
            3.6.1 OsNRT2.4敲除对¹⁵N-NO3
-从根系到地上部转运的影响
            3.6.2 OsNRT2.4敲除对¹⁵N-NO3
-从老叶到其他器官再分配的影响
        3.7 OsNRT2.4敲除对OsNAR2s和其他OsNRT2s基因表达的影响
        3.8 OsNRT2.4敲除对水稻生育后期农艺性状的影响
            3.8.1 OsNRT2.4敲除突变体灌浆期的表型
            3.8.2 OsNRT2.4敲除突变体灌浆期各部位氮含量
            3.8.3 OsNRT2.4敲除突变体成熟期表型及农艺学性状
            3.8.4 OsNRT2.4敲除突变体成熟期各部位氮含量
    4 讨论
        4.1 OsNRT2.4参与了NO3
-调控的水稻侧根的发生
        4.2 OsNRT2.4参与了水稻体内NO3
-的再分配
第六章 超表达OsNRT2.4对水稻生长和氮素吸收的影响
    1 引言
    2 材料方法
        2.1 试验材料
        2.2 OsNRT2.4超表达载体的构建
        2.3 OsNRT2.4超表达水稻转基因流程
        2.4 OsNRT2.4超表达水稻阳性苗的鉴定
        2.5 水稻生长的水培实验
        2.6 OsNRT2.4超表达对OsNAR2s和其他OsNRT2s表达的分析
        2.7 OsNRT2.4超表达和野生型材料田间实验
    3 结果与分析
        3.1 OsANRT2.4超表达水稻材料的获得与分子鉴定
        3.2 OsNRT2.4超表达水稻对NO3
-的吸收和生长的影响
        3.3 OsNRT2.4超表达对水稻后期性状的影响
        3.4 OsNRT2.4超表达对OsNAR2s和其他OsNRT2s基因表达分析
    4 讨论
全文结论
创新点
参考文献
附录
在读期间发表的论文
致谢



本文编号：3816095