水稻根部硝酸盐转运蛋白的表达谱分析揭示了与氮利用效率相关的阶段特异性调控

《Journal of Crop Science and Biotechnology》：Expression profiling of root nitrate transporters reveals stage -specific regulation linked nitrogen use efficiency in rice

　　

摘要

氮（N）是限制水稻产量的关键大量营养元素，而低效的氮素吸收会导致过量施肥、生产成本增加和环境污染，因此提高氮利用效率（NUE）成为育种与生物技术的重要目标。硝酸盐转运蛋白，特别是高亲和力转运系统（HATS；OsNRT2 家族）及其调控伙伴 OsNAR2.1，在氮限制条件下介导硝酸盐吸收，但它们在不同氮效率品种中与下游氮同化途径在各个生长阶段的协同作用机制尚不明确。本研究使用qRT-PCR方法，比较了低氮（0.01 mM NH₄NO₃）条件下，氮高效品种（VL Dhan 209；V1）与氮低效品种（Nagina 22；V2）在水稻六个生长阶段的根中硝酸盐与铵离子转运蛋白及部分氮同化基因的表达。品种与阶段特异性差异在早期生长阶段最为显著，V1中OsNRT2.1、OsNRT2.2、OsNRT2.3a和OsNRT1.1b的表达量较V2高出约1.2–1.8倍（p < 0.05），尤其在早中期发育阶段尤为明显。该模式与V1中OsNAR2.1的表达模式高度一致（ρ = 0.66–0.94），表明V1的HATS-OsNAR2.1硝酸盐吸收系统协调性优于V2（ρ = 0.6–0.77）。此外，V1在发育阶段的硝酸盐还原酶、谷氨酰胺合成酶及谷氨酸合酶基因表达量也较高（约高出1.2–4.9倍，p < 0.05），而铵离子转运蛋白（OsAMT）基因在各阶段均无显著品种差异（p > 0.05），表明V1的优异氮利用效率主要与OsNRTs的差异调控相关，而非OsAMTs的表达差异。综上所述，这些结果支持V1中HATS-OsNAR2.1与下游氮同化途径之间存在更紧密的转录协调，并表明这些基因是改良水稻氮利用效率的潜在目标。