玉米根系銨態氮吸收的分子機制研究

《玉米根系銨態氮吸收的分子機制研究》是依託中國農業大學，由袁力行擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：玉米根系銨態氮吸收的分子機制研究
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：袁力行
• 項目類別：面上項目

項目摘要

提高作物對土壤氮素養分的吸收效率是實現資源高效可持續發展農業的重要途徑。銨態氮做為重要的氮源被作物吸收利用，因而闡明根系銨吸收過程的生理和分子機制是實現作物氮高效的關鍵。為了研究玉米根系銨吸收的分子機制，本小組在前期工作中利用玉米根cDNA文庫功能互補酵母突變體分離到兩個玉米銨轉運蛋白（AMT）功能基因，並初步分析了它們的表達模式。本項目擬進一步在玉米根中原位研究這兩個AMT的組織細胞學定位和在擬南芥AMT多缺失突變體中研究它們轉運銨的生化特性。並且通過在不同氮處理下和不同氮效率玉米材料間的AMT表達水平變化與根系銨吸收速率變化的關聯分析，最終明確它們在玉米根系銨吸收過程中的作用。同時利用水稻根表特異性啟動子在轉基因玉米中過量表達AMT基因來提高玉米根系的銨吸收能力。研究結果將不僅闡明玉米根系銨吸收的分子機制，而且為我國開展玉米氮高效轉基因育種創製新材料。

結題摘要

提高作物對土壤氮素養分的吸收效率是實現資源高效可持續發展農業的重要途徑。銨態氮做為重要的氮源被作物根系吸收利用，闡明根系銨吸收過程的生理和分子機制是實現作物氮高效的關鍵。為了研究玉米根系銨吸收的分子機制，本項目構建了玉米根系特異的cDNA酵母表達文庫，通過功能互補酵母銨吸收突變體分離到兩個玉米銨轉運蛋白功能基因（ZmAMT1;1a和ZmAMT1;3）。在AMT缺失擬南芥背景中異源表達ZmAMT1;1a和ZmAMT1;3基因，表明它們具有高親和轉運銨的功能，親和力(Km)分別為48和33 µM。定量PCR和原位雜交實驗表明，ZmAMT1;1a和ZmAMT1;3基因在玉米根中高表達，尤其在根表皮中大量表達，說明它們主要負責玉米根系對銨態氮吸收。玉米根系銨吸收能力受到轉運底物銨的誘導，其歸因於供銨能夠誘導ZmAMT1;1a和ZmAMT1;3基因和蛋白表達水平的上調，並且發現不是銨本身，而是銨的代謝產物谷氨醯胺參與了這一調控過程。利用組成型啟動子和根表特異性啟動子在轉基因玉米中過量表達ZmAMT1;1a基因來提高玉米根系的銨吸收能力。這些研究結果不僅闡明玉米根系銨吸收的分子機制，並為玉米氮高效轉基因育種提供優異基因資源和遺傳材料。