華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營養(yǎng)生物學(xué)團隊揭示轉(zhuǎn)錄因子OsSNAC1正向調(diào)控水稻硝酸根吸收的分子機制

　　5月19日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營養(yǎng)生物學(xué)團隊在期刊Plant Physiology上發(fā)表了題為“Transcription factor OsSNAC1 positively regulates nitrate transporter gene expression in rice”的研究論文，揭示了轉(zhuǎn)錄因子OsSNAC1正向調(diào)控硝酸根轉(zhuǎn)運基因OsNRTs的表達提高水稻氮吸收的分子機制。

 

　　氮是植物生長發(fā)育所必需的大量營養(yǎng)元素，更是作物產(chǎn)量和品質(zhì)的限制因子。過去幾十年，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大量施用氮肥有力地促進了我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展和糧食產(chǎn)量的提高，但是過量施用氮肥使農(nóng)作物氮利用效率普遍降低。氮肥利用效率偏低、過剩氮肥殘留在農(nóng)田易造成地下水、湖泊、河流和淺水海域生態(tài)系統(tǒng)富營養(yǎng)化，以及溫室氣體排放、酸雨形成、飲用水硝態(tài)氮含量超標等問題，對我國生態(tài)環(huán)境、糧食安全和人體健康造成了潛在的威脅。因此，研究作物氮素吸收的分子調(diào)控機制，探索提高作物氮吸收利用效率的新途徑，為培育氮高效作物品種提供理論基礎(chǔ)和遺傳資源，對我國農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定、綠色發(fā)展具有重要意義。

 

　　雖然普遍認為水稻是喜銨（NH4+）作物，但是過量的NH4+容易對植物產(chǎn)生毒害作用。在水稻生長過程中根系會出現(xiàn)泌氧現(xiàn)象，根際好氧微生物會將NH4+氧化為硝酸根（NO3-），因此，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中NO3-同樣是水稻根系吸收的重要氮源。在水稻根際NO3-的濃度往往較低，通常在1-10 μM范圍之內(nèi)，因此，高親和NO3-轉(zhuǎn)運子在NO3-吸收過程中行使的功能不容忽視。OsNRT2.1是一個水稻根特異表達的高親和NO3-轉(zhuǎn)運基因，受缺氮誘導(dǎo)高氮抑制，在低氮條件下對NO3-吸收行使主要功能。低NO3-條件下，OsNRT2.1的表達量直接影響水稻根系對NO3-的吸收能力，然而水稻OsNRT2.1的上游調(diào)控機制尚不清楚。

 

　　該研究以水稻OsNRT2.1基因上游啟動子片段為“誘餌”篩選酵母單雜交文庫，獲得一個候選的上游調(diào)控因子OsSNAC1。熒光定量PCR和ProOsSNAC1:GUS轉(zhuǎn)基因植株分析結(jié)果顯示，OsSNAC1基因在水稻全生育期各組織部位均有表達，并受缺氮誘導(dǎo)表達。在NO3--N供應(yīng)下，OsSNAC1與硝酸根轉(zhuǎn)運基因OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達模式高度相似；但在NH4+-N供應(yīng)下，與銨離子轉(zhuǎn)運基因OsAMTs的表達模式并不相同。酵母單雜交、煙草瞬時表達和ChIP-qPCR試驗證明，OsSNAC1可與OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B基因的上游啟動子發(fā)生相互作用。超量表達OsSNAC1顯著提高了OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達量，促進植株對NO3-的吸收，增加氮累積量，提高地上部氮利用效率，從而促進植株生長和產(chǎn)量形成。敲除OsSNAC1下調(diào)OsNRT2.1/2.2和OsNRT1.1A/1.1B的表達量，降低植株對NO3-的吸收，降低氮累積量及氮利用效率，從而抑制植株的生長和產(chǎn)量形成?？偠灾?，該研究表明轉(zhuǎn)錄因子OsSNAC1可通過正向調(diào)控OsNRTs基因的表達來促進水稻植株對NO3-的吸收，提高氮利用效率，促進植株生長和產(chǎn)量形成。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院畢業(yè)碩士研究生杞金芳和在讀碩士研究生郁露為共同第一作者，蔡紅梅副教授為通訊作者，博士研究生丁靜麗和姬晨晨參與了該研究，徐芳森教授、石磊教授、王創(chuàng)教授、丁廣大教授和汪社亮副教授對該研究的試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析提供了寶貴的建議。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目的資助。