小麦硝酸盐转运蛋白TaNRT1.4调控氮素利用效率的功能研究

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中文摘要：氮素(Nitrogen,N)是植物生长和粮食生产必须的营养元素。在农业生产中，大量施肥是保障作物高产的有效途径，却也带来了一系列环境和经济问题。小麦是我国主要的口粮作物，为保障粮食安全，在不减产的情况下，如何提高小麦氮肥的利用效率，减少氮肥的使用量，已成为小麦育种与生产亟待解决的问题。硝酸盐转运蛋白是植物氮素吸收与利用的关键因子，在氮素应答过程中发挥重要作用。本研究以硝酸盐转运蛋白TaNRT1.4为对象，探索该基因在调控小麦氮素利用效率方面的功能及分子机制，本研究主要得出以下结论: 1.TaNRT1.4蛋白是由583个氨基酸组成，其N端和C端均具有6个跨膜结构域。亚细胞定位结果显示，该蛋白定位于细胞膜。表达模式分析显示，TaNRT1.4基因主要在根、茎和小穗中表达，并且与正常氮条件下相比，TaNRT1.4基因在低氮条件下表达量水平升高。 2.过表达试验发现，TaNRT1.4能够促进小麦提前抽穗，增加穗长和穗粒数，基因编辑试验显示，敲除TaNRT1.4的植株抽穗期延迟，穗长和穗粒数均减少;在不同浓度氮供应条件下进行苗期水培试验，发现在低氮处理条件下，过表达TaNRT1.4可增加小麦根长、次生根数、根表面积和生物量，敲除TaNRT1.4植株的根长、次生根数、根表面积和生物量则显著降低;15N吸收实验表明，TaNRT1.4促进了植物根系对硝酸盐的吸收以及硝酸盐由地下向地上部的转运。TaNRT1.4能够正向调节小麦生长发育。 3.双荧光素酶报告基因检测实验、酵母单杂交以及凝胶迁移率实验证实氮高效转录因子TaTCP19能够直接与TaNRT1.4启动子结合并激活其表达。过表达试验发现，过表达TaTCP19小麦中 TaNRT1.4表达量升高了 2～4倍。这些结果说明TaTCP19可以激活TaNRT1.4的表达。 4.利用转录组测序对野生型和过表达TaNRT1.4材料之间的差异表达基因进行分析，富集到多个与氮素利用与代谢相关途径，说明TaNRT1.4参与氮素利用与代谢过程，并在低氮条件下增加小麦氮吸收和同化相关基因的表达水平，从而影响植物氮吸收与利用，促进低氮条件下转基因植株的生长。综上所述，本研究从功能验证、分子生物学和生物信息学等多个方面对TaNRT1.4提高小麦氮素利用效率的功能及分子机制开展了研究。研究结果丰富了小麦氮素利用效率调控的理论基础，为耐低氮小麦新品种培育提供了基因资源。

作者：

王唤唤

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关键词：

小麦硝酸盐转运蛋白氮素利用效率分子生物学生物信息学

授予学位：

硕士

学科专业：

生物化学与分子生物学

导师：

张立超

学位年度：

2024

学位授予单位：

中国农业科学院

语种：

中文

中图分类号：