【摘 要】
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柑橘及其近缘种根毛稀少,主要依赖与丛枝菌根真菌形成共生体吸收土壤养分,其中氮是柑橘生长及果实发育的必需养分。依靠大量施用氮肥提高作物产量易造成氮素营养浪费,研究柑橘菌根途径的氮吸收机制,可为改善柑橘根系氮吸收效率、提高氮素利用率提供依据。课题组前期开展的转录组分析发现枳硝酸盐转运蛋白基因PtrNPF5.2受丛枝菌根真菌诱导表达,提示该基因可能参与菌根共生过程硝酸盐的转运,因此本研究通过苜蓿毛状根瞬
【基金项目】
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柑橘产业技术体系和国家重点研发计划“常绿果树优质轻简高效栽培技术集成与示范”项目；
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柑橘及其近缘种根毛稀少,主要依赖与丛枝菌根真菌形成共生体吸收土壤养分,其中氮是柑橘生长及果实发育的必需养分。依靠大量施用氮肥提高作物产量易造成氮素营养浪费,研究柑橘菌根途径的氮吸收机制,可为改善柑橘根系氮吸收效率、提高氮素利用率提供依据。课题组前期开展的转录组分析发现枳硝酸盐转运蛋白基因PtrNPF5.2受丛枝菌根真菌诱导表达,提示该基因可能参与菌根共生过程硝酸盐的转运,因此本研究通过苜蓿毛状根瞬时转化和烟草瞬时转化分析了PtrNPF5.2的时空表达模式,通过对苜蓿同源基因Mt NPF5.3的RNAi和Tnt1插入突变体分析,以及对应番茄同源基因SLNPF5.2的CRISPR分析,探究了该类基因对菌根共生的功能。主要研究结果如下:1、基因定量表达分析表明,枳PtrNPF5.2基因在接种丛枝菌根真菌后,显著上调表达,且随接种时间逐渐升高,在接种第30天时达到最高峰。PtrNPF5.2基因的启动子-GUS信号主要在丛枝所在根系细胞中富集表达,而在非丛枝根系细胞中不表达,暗示该基因可能参与菌根共生调控过程。2、蛋白质结构预测表明PtrNPF5.2是一个具有12个跨膜结构域的膜蛋白,瞬时表达实验表明PtrNPF5.2-GFP融合蛋白定位于烟草细胞膜,符合硝酸盐转运蛋白的特征。3、本研究利用RNA干涉和Tnt1插入突变体分析探究了PtrNPF5.2的苜蓿同源基因Mt NPF5.3的功能。结果表明,与野生型或转空载植株相比,苜蓿Mt NPF5.3基因的干涉或插入株系的侵染率及丛枝发育均未受影响,推测可能是由于苜蓿中其他同源基因功能冗余导致。4、同样地,PtrNPF5.2在番茄中同源基因SLNPF5.2的两个CRISPR纯合株系与野生型在菌根侵染率及丛枝发育上也无差异。番茄根部基因定量分析表明,与野生型相比,SLNPF5.2的CRISPR纯合株系中与硝酸盐吸收相关的基因SLNRT1.1和SLAIT下调表达,而与硝酸盐同化相关的基因SLNi R和SLNIA则上调表达,使得SLNPF5.2的CRISPR纯合植株根系对硝酸盐的吸收量减少,对硝酸盐的同化量增加,进而导致CRISPR植株硝酸盐含量显著低于野生型。该结果暗示SLNPF5.2可能影响菌根途径中硝酸盐的吸收与同化,进而降低硝酸盐含量。
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