《水稻OsNPF4.x回響叢枝菌根共生信號的生理和分子機制研究》是陳愛群為項目負責人，南京農業大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水稻OsNPF4.x回響叢枝菌根共生信號的生理和分子機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳愛群
- 依託單位：南京農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
叢枝菌根是土壤中的菌根真菌與植物根系間建立形成的互惠共生體。研究表明植物中存在著受菌根共生誘導、負責共生界面養分（如Pi、NH4+）吸收的轉運體。但至今尚未有直接證據證明菌根共生界面上存在運輸NO3-的轉運體。前期我們從水稻菌根中鑑定到一個被強烈誘導表達的NPF家族（該家族大部分成員都可以轉運NO3-）新成員OsNPF4.x。該基因主要在含有叢枝的細胞中表達，對NO3-有回響，ABA和SA處理顯著下調其表達。鑒於NO3-可以作為信號分子調控根系發育，我們提出了該假說：OsNPF4.x能夠通過NO3-或ABA/SA介導的信號途徑調控水稻叢枝菌根共生。本項目將利用超表達和突變體材料研究該基因對水稻菌根途徑NO3-吸收和菌根共生的影響。項目還將利用啟動子功能分析和酵母單雜交系統篩選啟動子中回響菌根共生信號的元件和與之作用的轉錄因子，以揭示OsNPF4.x回響和可能調控水稻叢枝菌根共生的作用機制。
結題摘要
自然界中很多植物都能夠與叢枝菌根真菌形成菌根共生體系，以增加對礦質養分的吸收。以前普遍認為菌根共生主要是促進植物吸收土壤中的磷素營養，但最近越來越多的研究顯示，菌根植物中氮素營養也能得到顯著改善，但其中的分子機制還不明確。本項目以水稻為研究對象，證實了水稻中存在一條以OsNPF4.5硝酸鹽轉運蛋白為介導的菌根氮吸收途徑。在硝態氮作為N源的培養條件下，接種AM真菌Rhizophagus irregularis能夠顯著促進水稻生長和氮素吸收利用。通過分室接種實驗證實，在硝態氮培養條件下，水稻通過菌根途徑吸收的氮可達水稻總吸收氮的42%左右。RNA sequencing轉錄組測序和螢光定量RT-PCR分析發現，在水稻菌根中存在多個被顯著誘導特異/增強表達的NRT1/NPF家族的硝酸鹽轉運蛋白基因，其中OsNPF4.5（在項目申請書中命名為OsNPF4.x）為上調最高的硝酸鹽轉運蛋白。組織定位分析顯示，OsNPF4.5幾乎只在被AM真菌侵染的根系強烈表達，且表達部位主要集中在被菌絲侵染形成叢枝的皮層細胞中，而在其它組織器中幾乎都不表達。亞細胞定位分析顯示，在組成型啟動子驅動下，OsNPF4.5-GFP融合蛋白能夠定位到細胞質膜上。對啟動子區功能分析顯示，OsNPF4.5回響菌根共生的表達模式受到OsNPF4.5核心啟動子上游-177和-154bp的作用區段調控。在蛙卵中異源表達OsNPF4.5證實，在pH為5.5的培養條件下，OsNPF4.5在蛙卵中具有低親和性的硝酸鹽轉運活性，但在pH為7.4的培養條件下，OsNPF4.5在蛙卵中不具備硝酸鹽轉運活性，暗示了OsNPF4.5可能編碼一個依賴於pH的低親和性硝酸鹽轉運蛋白。在水稻中組成型超表達OsNPF4.5能夠顯著促進根系對硝酸鹽吸收和植株生長，但並不能促進NH4+的吸收。osnpf4.5突變體植株在接種AM真菌條件下，與野生型相比，突變體地上部生物量和氮濃度顯著降低，侵染率和叢枝形成豐度也受到顯著抑制。菌-根分室培養實驗證實，在硝酸鹽培養條件下，突變OSNPF4.5可降低大約45%的菌根途徑氮吸收。
