花生高亲和硝酸盐转运蛋白基因AhNRT2.7a响应低氮胁迫的功能研究

[目的]氮素在作物生产中对生物量和产量起关键作用.高亲和硝酸盐转运蛋白基因NRT2在植物响应低氮胁迫时被激活并具有维持氮吸收和转运的作用.通过筛选花生低氮耐受相关的NRT2基因并解析其生物学功能,为培育高氮素利用率的花生新品种提供理论参考,最终有助于实现节氮、高效的绿色生产目标.[方法]检测正常氮浓度及1/20正常氮浓度(15 mmol·L-1)条件下5个具有典型跨膜结构的花生NRT2基因(AhNRT2.4、AhNRT2.5b、AhNRT2.5c、AhNRT2.7a和AhNRT2.7b)的时空表达情况.以花育6309的cDNA为模板,对AhNRT2.7a进行克隆和生物信息学分析,并通过亚细胞定位确定AhNRT2.7a的表达部位.进一步构建异源过表达AhNRT2.7a的拟南芥株系,分别在正常以及低氮胁迫条件下测定其叶绿素含量、氮积累量以及谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酸脱氢酶(GDH)5个氮代谢关键酶的活性.[结果]5个NRT2基因中有4个NRT2基因在花生响应低氮胁迫条件下大量表达.其中,AhNRT2.7a能够响应低氮胁迫,并在花生茎和叶中高表达.获得AhNRT2.7a的cDNA序列,全长为1380 bp,编码459个氨基酸.蛋白结构分析显示其为具有12个典型跨膜结构域的膜蛋白.该氨基酸序列与栽培种花生(Arachis hypogaea L.)相似性高达99.56％,其次是野生亲本AA和BB基因组花生.亚细胞定位显示其主要定位于细胞质膜上.构建异源过表达AhNRT2.7a的转基因拟南芥植株,在不同供氮条件下,成熟叶和幼叶叶片的叶绿素相对含量均显著高于野生型拟南芥.同时,对上述5个氮代谢相关酶活性以及氮、磷、钾积累量测定显示,转基因植株中2个氮代谢相关酶(GS和NR)的酶活性以及氮积累量均比野生型拟南芥有显著升高.[结论]花生中4个NRT2基因响应低氮胁迫,其中AhNRT2.7a能够提高植物氮代谢过程的氮素利用率.AhNRT2.7a的表达在促进氮代谢过程的同时,促使碳代谢作用的进一步加强.因此,AhNRT2.7a适合作为花生氮素高效利用为目的的候选基因.