高等植物硝酸盐转运蛋白的功能及其调控机制_贾宏昉

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NO3-转运蛋白在植物适应逆境中的功能研究进展

NO3-转运蛋白在植物适应逆境中的功能研究进展李晓婷;袁建振;汪芳珍;李仁慧;崔彦农;马清【摘要】氮是植物生长发育所必需的大量元素,参与植物体内各种代谢活动.硝态氮(NO3-)是植物可吸收利用的主要无机氮源.NO3-转运蛋白不仅介导植物正常生长发育过程中NO3-的吸收、转运和再利用,还参与调控植物对多种逆境的适应过程.结合最新报道,重点总结了近年来关于NO3-转运蛋白在植物适应低NO3-、低K+、盐、干旱及重金属镉等胁迫中的重要作用的研究进展,以期为今后进一步深入探究植物抗逆机理提供依据和参考.【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2019(035)002【总页数】7页(P156-162)【关键词】氮;NO3-转运蛋白;逆境适应【作者】李晓婷;袁建振;汪芳珍;李仁慧;崔彦农;马清【作者单位】兰州大学草地农业科技学院草地农业生态系统国家重点实验室,兰州730020;兰州大学草地农业科技学院草地农业生态系统国家重点实验室,兰州730020;兰州大学草地农业科技学院草地农业生态系统国家重点实验室,兰州730020;兰州大学草地农业科技学院草地农业生态系统国家重点实验室,兰州730020;兰州大学草地农业科技学院草地农业生态系统国家重点实验室,兰州730020;兰州大学草地农业科技学院草地农业生态系统国家重点实验室,兰州730020【正文语种】中文氮素（N）是植物必需的大量元素之一，是植物体内蛋白质、核酸及叶绿素等的重要组分，在植物生长发育过程中发挥着十分重要的作用，其供给的充足与否，直接影响着植物体内众多物质和能量代谢活动，因此，被称为生命元素［1-3］。

氮素以多种形态存在于自然生态系统中，大气中的氮主要以氮气的形式存在，土壤中能被植物吸收利用的氮素则主要为硝态氮（NO3-）和铵态氮（NH4+）等无机氮及尿素、氨基酸等有机氮，也有少数一些豆科植物可与固氮菌形成共生关系进而利用大气中的氮气作为其氮素营养的主要来源［4］。

植物硝酸盐转运蛋白功能及表达调控研究进展

植物硝酸盐转运蛋白功能及表达调控研究进展作者：宋田丽周建建徐晨曦蔡晓锋戴绍军王全华王小丽来源：《上海师范大学学报·自然科学版》2017年第05期DOI：10.3969/J.ISSN.1000-5137.2017.05.019摘要：植物硝酸盐转运蛋白不仅能够吸收、运转硝态氮，而且在植物其他生理过程中也发挥重要作用.重点介绍了硝酸盐转运蛋白在氮素吸收运转、硝酸盐积累、侧根发育、激素运转以及逆境响应调控等方面的最新研究进展，并概括了硝酸盐转运蛋白的表达调控模式.关键词：硝酸盐转运蛋白；硝酸盐积累；根系发育；激素转运；逆境响应中图分类号： Q 945.12； S 60文献标志码： A文章编号： 10005137（2017）05074011Progress in function and regulation of nitrate transporters in plantsSong Tianli， Zhou Jianjian， Xu Chenxi， Cai Xiaofeng， Dai Shaojun， Wang Quanhua，Wang Xiaoli*（Development Center of Plant Germplasm Resources，College of Life and Environmental Sciences，Shanghai Normal University，Shanghai 200234，China）Abstract：Nitrate transporters can not only uptake and transport nitrate in plants，but also play key roles in many other physiological processes.This article reviewed the multiple functions of nitrate transporter in nitrate accumulation，lateral root development，hormone transport，and stress tolerance，etc.The expression regulation of nitrate transporters was also discussed.Key words：nitrate transporters； nitrate accumulation； root system development； hormone transport；stress response收稿日期： 20170831基金项目：国家自然科学基金青年基金（31601744）；上海市自然科学基金（15ZR1431300）、上海植物种质资源工程技术研究中心项目（17DZ2252700）.作者简介：宋田丽（1993-），女，硕士研究生，主要从事植物分子育种方面的研究.Email：*****************导师简介：王全华（1963-），女，博士，研究员，主要从事植物分子育种方面的研究.Email：*******************通信作者：王小丽（1980-），女，博士，讲师，主要从事植物营养生理与分子育种方面的研究.Email：*****************0引言硝态氮（NO3-N）是植物最重要的氮素营养之一，与植物的生长发育、形态建成、产量品质密切相关.因此研究硝态氮的吸收运转对于增强作物的氮素吸收和转运能力、提高氮素利用效率有重要指导意义.植物根系以主动运输方式吸收土壤或环境介质中的硝态氮，并运输到其他组织器官中.为适应环境硝态氮供应浓度的时空变化，植物进化出两种硝态氮吸收系统，低亲和转运系统（LATS）和高亲和转运系统（HATS），分别在外源NO3-物质的量浓度为0.001～1 mmol·L-1和高于1 mmol·L-1时，由硝酸盐转运蛋白（NRT）的NRT1/ PTR和NRT2两大转运蛋白家族负责执行[1].根据最新命名规则，NRT1/PTR家族用NPF（NRT1/PTR family）表示[2].在拟南芥中预测到53个NPF和7个NRT2成员，在其他植物中也陆续预测出大量的NRT家族成员（表1）.随着拟南芥NRT研究的深入，研究者发现NRT除具有硝态氮转运功能外，还在植物信号感受、形态建成、发育调控及与环境相互作用等过程中发挥不可忽视的作用.因此，有必要对NRT最新研究进展进行综述，以充分认识NRT的功能特征，解析复杂氮代谢相关生物现象，并为植物基因改良提供基础.1蛋白结构不同物种NRT序列高度同源，具有相似的保守序列.拟南芥NPF属于major facilitator super （MFS）家族的小肽转运体（PTR）家族，一般含450～600个氨基酸，12个跨膜区，在第6、7跨膜区之间，有一个大的亲水环相连[3]，在第5跨膜区有一个PTR家族的保守基序（FYxxINxSL）[9].NRT2属于MFS家族的nitrate /nitrite porter（NNP）家族，其典型特征为具有12个跨膜结构域，每6个跨膜区分成一组，中间由一个大的亲水环连接[10]，在第2和第3个跨膜螺旋结构之间有一个广泛的MFS序列（GxxxDxxGxR）[9，11]，在第5个跨膜螺旋结构上有一个NNP标志序列（GW/LGNM/AG）[12].2生理功能2.1氮素吸收运转拟南芥中几个NRT成员功能较清楚.AtNPF6.3（AtNRT1.1）是一个双亲和性的诱导型硝酸盐转运蛋白，能感知外源NO3-的浓度而进行高低亲和性的转换，通过该蛋白质序列N端的第101位的苏氨酸磷酸化开关控制硝酸盐吸收[13].AtNPF4.6（AtNRT1.2）在根的表皮细胞中呈组成型表达，AtNRT1.2突变拟南芥株系的LATS下降50%～70%[14].AtNRT1.3在拟南芥叶中的表达受NO3-诱导，但在根中的表达受NO3-抑制[15].AtNPF6.2（AtNRT1.4）主要在叶柄细胞的液泡膜及叶脉表达，其功能是调控NO3-在叶片的分配，将NO3-储存到液泡中，在调节叶柄和叶片的NO3-稳态平衡中发挥重要作用[16].AtNPF7.3（AtNRT1.5）在拟南芥根中柱鞘细胞膜表达，其功能是将NO3-装载到木质部，在蒸腾拉力的作用下通过长距离运输将NO3-运送到地上部分[17].相反，定位在木质部薄壁细胞的AtNPF7.2（AtNRT1.8）和定位于韧皮部伴胞的AtNPF2.9（NRT1.9）的功能是将NO3-从木质部卸载，三者共同参与调节NO3-在根系和地上部分的分配[18-20].AtNPF2.12（AtNRT1.6）仅表达于角果的维管束和胚珠的珠柄处，主要通过调控NO3-从母体向胚的运输，进而影响胚的早期发育[21].AtNPF2.13（NRT1.7）主要在叶片韧皮部的薄壁细胞表达，其表达丰度受氮饥饿的诱导[22]，负责将NO3-向韧皮部运输，从而调控衰老叶片中NO3-的再利用[23].AtNRT2.1、AtNRT2.2和AtNRT2.4定位于根表皮细胞，需与AtNAR2.1结合才能激活高亲和转运活性[24].AtNRT2.1是诱导型HATS中的主要转运蛋白，其突变体中的HATS活性下降了50%～72%.Atnrt2.2突变体HATS活性仅下降19%，说明Atnrt2.2是对AtNRT2.1高亲和转运活性功能的补充[25].AtNRT2.4和AtNRT2.5是定位于质膜的高亲和性转运蛋白，主要在侧根的表皮和叶韧皮部薄壁细胞表达，参与根系NO3-高亲和性转运和韧皮部NO3-的分配，并均受氮饥饿的强烈诱导[23，26]；AtNRT2.5突变后，拟南芥高亲和性NO3-吸收显著受抑制，敲除AtNRT2.1、AtNRT2.2、AtNRT2.4和AtNRT2.5中任意3个基因均会显著抑制植株的生长[26].除拟南芥外，其他植物中部分NRT的NO3-转运功能也得到验证.水稻（Oryza sativa）OsNRT1.1a和OsNRT1.1b为低亲和硝酸盐转运蛋白，主要在根中表达，缺氮下表达受抑制[27].OsNPF2.4为pH依赖的低亲和硝酸盐转运蛋白，主要定位于表皮细胞、木质部薄壁组织、韧皮部伴胞，能间接调控钾在地上地下的再分配[28].OsNPF2.2为pH依赖的受NO3-诱导的低亲和硝酸盐转运蛋白，主要表达于木质部薄壁组织，其功能是将硝酸盐从木质部卸载，参与调节NO3-在根系和地上部分的分配，并在水稻的生长发育中起重要作用[29].OsNRT2.3a是高亲和转运蛋白，定位于质膜，主要在木质部薄壁组织中表达，受NO3-诱导，在NO3-由根向地上部分转运的长距离运输中发挥重要作用[30].白菜（Brassica rapa）BraNRT2.1为诱导型高亲和硝酸盐转运蛋白，主要表达于根细胞质膜，能互补拟南芥atnrt2.1突变体的高亲和硝酸盐转运功能[31].油菜（Brassica campestris）BcNRT1在拟南芥的根尖和地上部分表达，原生质体亚细胞定位于质膜，根部表达受25 mmol·L-1 NO3-诱导，BcNRT1 mRNA注入爪蟾卵母细胞能诱导NO3-转运，且BcNRT1能恢复拟南芥chl15突变体植株的硝酸盐吸收功能，这些结果证明BcNRT1是一个低亲和的硝酸盐转运蛋白[32].Gu等[33]对菊花（Chrysanthemum）CmNRT1和CmNRT2进行了功能验证，发现CmNRT1能被10 mmol·L-1NO3-诱导，转化拟南芥发现其编码一个组成型的低亲和转运蛋白；CmNRT2表达水平受NO3-诱导，定位于质膜，与CmNAR2有相互作用，共同负责NO3-的高亲和吸收[34].通过爪蟾卵母细胞表达系统及膜片钳技术发现葡萄（Vitis vinifera）VvNPF3.2是一个低亲和转运蛋白，能转运NO3-和NO2-[35].蒺藜状苜蓿（Medicago truncatula）MtNPF6.8为诱导型低亲和转运蛋白，同时参与ABA由根向地上部分的转载[36].2.2硝酸盐积累硝酸盐是一类极易在蔬菜特别是叶菜类蔬菜中高量累积的物质，过量摄入硝酸盐对人体健康存在极大的潜在危害[37].研究发现一些NRT确实与植物硝酸盐积累性状密切相关，可应用于控制蔬菜硝酸盐积累.拟南芥nrt1.4突变体植株叶柄中的硝酸盐含量只有野生型拟南芥的50%～64%，而叶片中硝酸盐含量则稍高于野生型叶片[16].盐胁迫下拟南芥NPF2.3（一个参与根系溢泌的硝酸盐转运蛋白编码基因，又称NAXT1）缺失突变体中硝态氮由根系向地上部分转运减少，地上部分硝酸盐含量明显下降[38].黄瓜（Cucumis sativus）中发现与AtNRT1.7同源的CsNRT1.7基因，将其在拟南芥nrt1.72的TDNA插入突变体中表达，发现叶片面积增加的同时硝酸盐含量显著降低[39].通过比较硝酸盐积累差异的两个大白菜品种的BnNRT1.1和BnNRT2.1基因表达量发现，高（2 mmol·L-1）、低（0.2 mmol·L-1）硝酸盐处理下，高硝酸盐积累品种根、茎、叶中BnNRT2基因表达量均显著高于低硝酸盐品种，且其吸收速率也明显高于低硝酸盐品种，NRT1.1基因表达仅在根中有差异，推测NRT2可能是与品种间硝酸盐积累差异相关，而NRT1可能仅对根部硝酸盐含量起部分作用[24].Quaggiotti等发现硝酸盐积累差异的两个玉米（Zea mays）杂交种，其根和叶中ZmNrt2.1基因时间表达趋势与硝酸盐积累量变化趋势相符，可能与玉米硝酸盐积累存在一定的相关性[40].对NRT功能的研究有助于从分子水平解释蔬菜硝酸盐积累机理，可为通过生物技术手段降低植物硝酸盐积累提供理论和技术支撑.2.3信号转导目前比较明确的参与NO3-信号途径的NPF是AtNRT1.1，参与硝酸根信号途径在基因表达、根系发育、种子休眠以及逆境响应等过程的调控[41].例如，AtNRT1.1作为NO3-受体，通过CIPK23改变其第101位苏氨酸位点（T101）的磷酸化状态（低NO3-浓度下Thr101位点磷酸化，反之，去磷酸化），从而改变AtNRT1.1的低亲/高亲活性以及硝酸盐初级响应.NRT1.1感应的信号通过一些激酶（如CIPK8）和转录因子（NLP7、NLP6、SPL9和LBD37/38/39）传递给下游基因，影响下游基因（如NIR、NRT2.1和NRT2.2）的表达，调控硝态氮信号的初级响应过程[42].NRT1.1传递的信号还可以磷酯酶C（PLC）、Ca2+作为第二信使，调控转录因子（TGA1/4）、硝酸盐转运蛋白基因（NRT2.1、NRT2.2和NRT3.1）及硝态氮同化（NIA1和NiR）等基因的表达；还可以在不依赖PLC、Ca2+的条件下，将信号传递给生长素受体AFB3，并进一步调控转录因子NAC4和OBP4的转录活性，调控根系形态建成[43].2.4侧根发育硝态氮对根系发育起着重要的调控作用.低氮（0.5～10 mmol·L-1）促进拟南芥侧根生长，而高氮（>10 mmol·L-1）抑制侧根生长；增加拟南芥根系局部区域的硝酸根浓度，可以显著促进该区域侧根的生长[30，44].根系局部供应硝态氮条件下，低氮一侧由于NO3-供应不足以及NRT1.1将侧根生长素（IAA）转移，导致侧根生长素浓度下降，进而抑制了侧根发育；相反，高硝态氮浓度一侧NRT1.1对生长素输出功能受抑制，生长素大量积累，促进侧根生长[45-46].在此过程中，NRT1.1还作为NO3-信号受体参与NO3-信号对根系形态的调节，首先NRT1.1将感受到的局部高浓度硝酸根信号传导给ANR1，促进ANR1的表达，然后调控未知的下游基因，促进侧根的伸长[44，47].还有可能的途径是生长素经NRT1.1运输后，其浓度变化信号传递给生长素受体AFB3，进而调控一些对生长素敏感的基因（如ARF、NAC4和OBP4）表达，导致植物主根伸长受抑制并诱导侧根的生长[43，48].此外，NO3-被根系吸收还原后的含氮代谢产物，可以诱导miR393表达，而上调后的miR393抑制AFB3的表达[49]，二者协同参与了植物根系发育的调控.除NRT1.1外，NRT2.1对根系形态建成也具有重要作用，NRT1.1传递的信号通过PLC、Ca2+传递给转录因子（TGA1/4），进而调控NRT2.1的表达[43].在极低NO3-浓度（0.01 mmol·L-1）条件下，NRT2.1抑制侧根起始[50]，而在0.5 mmol·L-1 NO3-浓度条件下NRT2.1促进侧根原基发育，并且通过调节NO3-的吸收量来决定侧根发育状况[51].2.5激素转运硝酸盐转运蛋白还参与IAA、脱落酸（ABA）、赤霉素（GAs）、茉莉酸异亮氨酸（JAIle）等多种激素的转运，并进而直接或间接参与这些激素参与的生理调控过程.NPF6.3（NRT1.1/CHL1）参与IAA的运输，并受高硝态氮浓度的抑制，在局部供应硝态氮根系的形态建成中起重要作用.根系局部供应硝态氮条件下，由于NPF6.3（NRT1.1/CHL1）将更多IAA 从侧根运出，降低了侧根中生长素浓度，从而抑制侧根发育，相反，高硝态氮浓度一侧生长素输出受抑制，生长素大量积累，促进侧根生长[45].NRT1.1的生长素转运能力依赖于Thr101位点的磷酸化水平，在表达磷酸化形式NTT1.1T101D的卵母细胞中生长素的转运能力远高于未磷酸化形式的NTT1.1T101A[52].利用酵母双杂交系统和LCMS/MS激素含量检测，Kanno等[53]发现，拟南芥NPF4.6、NPF4.1、NPF4.2和NPF4.5可能参与酵母中ABA的转运；NPF4.1除转运ABA外，还参与转运GAs和JAIle[54]；NPF2.12（NRT1.6）和NPF5.6参与不同类型GAs的转运[54].此外，Tal等[55]在拟南芥GAs转运突变体中发现，定位于根内皮层细胞的NPF3过表达能极大促进GAs的跨膜运输，且其表达受GAs抑制，说明拟南芥NPF3作为输入载体可能也参与了GAs体内的分配和活性调控.与拟南芥ABA转运蛋白AtNPF4.6相似，Pellizzaro等[36]发现，在爪蟾卵母细胞中注射蒺藜苜蓿MtNPF6.8（MtNRT1.3）和AtNPF4.6cRNA，均能使爪蟾卵母细胞ABA吸收增加，说明MtNPF6.8也具有ABA转运功能，同时还发现MtNPF6.8和ABA共同了参与NO3-抑制蒺藜苜蓿主根生长的调控作用.2.6胁迫防御NRT还在植物胁迫防御方面发挥重要作用，如在气孔保卫细胞中表达的AtNRT1.1，通过增加保卫细胞中NO3-含量引起保卫细胞去极化，促进气孔张开，从而负调控植物的干旱耐受性[56].NRT1.8参与的硝酸盐分配在耐镉胁迫中起着重要的作用.镉处理下AtNRT1.8显著上调能使更多的NO3-从地上部分运输到根部，根部较高浓度的NO3-有助于根系适应镉胁迫.相反，atnrt1.8突变体的根中NO3-比例较低，其根的伸长和植株生长也受抑制[18].硝态氮供应条件下，AtNRT1.5的功能下调或缺失能增强植株盐胁迫、干旱胁迫以及镉胁迫等许多胁迫的耐受能力.与野生型植株相比，盐处理下atnrt1.5突变体木质部汁液中的Na+含量显著下降，植株地上部的Na+含量降低而根中的显著增加，使得atnrt1.5突变体耐盐能力显著增强[20].渗透胁迫下，atnrt1.5突变体根和地上部分抗旱相关功能基因P5CS1和RD29A的表达丰度显著高于野生型植株，且抗旱能力也明显强于野生型植株[20]；当把硝态氮换成铵态氮，atnrt1.5突变体对于这些胁迫的耐受能力不复存在.研究表明，逆境条件下NRT1.5和NRT1.8对植物胁迫耐受能力的调控与其介导的NO3-由地上向根部大量积累有关，ET/JA（乙烯/茉莉酸）-NRT介导的信号途径通过促进NRT1.8表达而抑制NRT1.5表达参与了逆境下NO3-的向根分配[57].2.7提高氮素利用效率及其他转基因试验证明NRT与作物产量和氮素利用效率密切相关.Fan等[58]发现不同硝态氮供应水平下，OsPTR6过表达都能够增加水稻生物量，并提高了水稻氮积累量和谷氨酰胺合成酶活性；OsNRT1.1a和OsNRT1.1b过表达水稻植株地上部分生物量明显增加，且OsNRT1.1b过表达植株的总氮含量更高，在低氮条件（0.125 mmol·L-1 NH4NO3）下仍明显高于野生型，说明OsNRT1.1b较OsNRT1.1a更能够促进低氮下水稻对氮的吸收，提高作物的产量和氮素利用效率[27，59].Fan等[60]还发现OsNRT2.3b高表达水稻有着更强的pH缓冲能力，可以增强氮素、铁、磷吸收能力，OsNRT2.3b过表达水稻根和地上部分的总磷含量在300 μmol·L-1 无机磷（Pi）处理下比野生型分别增加了102%和75%，10 μmol·L-1 Pi条件下增加了63%和62%.因为氮和磷是水稻生长最重要的两个大量元素，因此过表达OsNRT2.3b能够显著提高水稻籽粒产量和氮素利用效率，比野生型粮食产量和稻草产量分别增加了44%和25%[61].此外，NRT在植物次生代谢产物运输中也发挥重要作用.Payne等[62]发现长春花（Catharanthus roseus）CrNPF2.9基因经病毒诱导的基因沉默（VIGS）后，异胡豆苷在液泡中大量积累，同时减少了下游生物碱的合成，且过表达CrNPF2.9导致异胡豆苷积累量提高10倍，说明定位于液泡膜的CrNPF2.9在异胡豆苷从液泡向细胞质转运的过程中发挥关键作用.3表达调控NRT的表达及其功能的发挥受外界和内部许多因素调控，如氮素浓度、pH、激素、非生物胁迫、光合产物[21，63]及翻译后调控等[64]（表2）.3.1氮素调控氮素对NRT表达调控已有大量报道[65].根据NRT对NO3-供应的响应差异，通常将NRT 分为诱导型和组成型.不同物种NRT对NO3-的响应与拟南芥不完全一致，且表达部位也不尽相同，如AtNRT1.1受低浓度NO3-诱导表达，而低浓度NO3-对于黄瓜CsNRT1.1无显著诱导效果，且高NO3-供应时表达下调[6]；AtNRT1.9主要在根部组成型表达，而CsNRT1.9在生长到第1、4、8周的黄瓜根中均未检测到其表达，而在子叶和老叶中的表达极为丰富，且能被高NO3-或短时的NO3-供应强烈地诱导[6].不同物种NRT同源序列对氮素调控响应的差异，可能与其不同的生理功能有关.此外，NO3-对NRT表达的调控具有明显的时间动态变化特点.1 mmol·L-1 NO3-处理3～6 h后，大麦根中HvNRT2.1、HvNRT2.2和HvNRT2.3转录水平达到最高，12～24 h后表达量已降低到无法检测，而处理3～48 h内HvNRT2.4的表达水平能一直保持较高水平[66].Sorgonà等[67]对玉米幼苗供给50 μmol·L-1 NO3-，前4 h内ZmNRT2.1的转录水平呈明显增加趋势，24 h后逐渐降低.3.2激素调控AtNRT1.1主要在根和茎的新生部位表达，其表达受到IAA的调节.施加外源IAA对NO3-吸收速率以及AtNRT1.1基因表达量有明显促进作用[68]，对成熟根系施加IAA能促进侧根发育[45].镉与钠胁迫产生的ET/JA信号通过EIL1调节了ERF的表达，并由此上调了NRT1.8的表达，而ET/JA信号通过EIN3/EIL1等下调了NRT1.5的表达，促进硝酸盐向根部的转运[57].3.3环境胁迫调控及其他环境胁迫能够显著影响植物NRT的表达水平.芥菜（Brassica juncea）7个NPF编码基因（BjNRT1.1，BjNRT1.2，BjNRT1.3，BjNRT1.4，BjNRT1.5，BjNRT1.7，BjNRT1.8）中，BjNRT1.1和BjNRT1.5在低温、热、盐和渗透胁迫1 h时均上调，可能与逆境适应有关，而BjNRT1.1和BjNRT2.1的表达水平在以上非生物胁迫处理24 h时均下调，推测两者可能在逆境导致的芥菜生长发育抑制中起关键作用[82].干旱土壤中小麦NRT编码基因的表达，取决于小麦基因型、生长阶段及氮素供应状况.不同小麦基因型的TaNRT1.1和TaNRT1.2表达不同，低亲和转运蛋白TaNRT1.1和TaNRT1.2的转录水平在XY6基因型中受干旱诱导，却在XY107基因型中受干旱抑制；高亲和性NRT基因TaNRT2.1的表达在干旱胁迫时下调，而TaNRT2.2和TaNRT2.3的表达与小麦生长阶段和氮素供应状况有关；小麦XY107基因型中TaNRT2.1的表达显著高于XY6基因型[83].镉胁迫下根部AtNRT1.1活性受抑制，但同时抑制了根对镉的吸收[84].钼是硝酸还原酶的金属辅酶，是NR活性所依赖的元素，外施钼元素草莓NRT1.1和NRT2.1表达水平上调，NO3-向地上部分运输及还原能力增强，氮素利用效率提高[85].此外，不同发育阶段NRT表达不同，黄瓜CsNRT1.7是一种衰老诱导型基因，其在黄瓜老叶中的表达要明显高于成年叶与幼叶，CsNRT1.7也能被低氮诱导表达[39].4总结与展望随着对NRT研究的深入，发现其不仅参与NO3-的吸收和转运，还参与众多的植物生理过程，在植物生长发育中发挥重要的作用.对NRT的功能研究正引起越来越多研究者的重视.然而到目前为止，对NRT的研究主要集中在模式植物如拟南芥和水稻上，在其他作物如叶菜中的研究还很少.叶菜是重要的经济作物，也是产量、品质严重依赖硝态氮的作物，明确NRT在叶菜硝态氮吸收利用及生长发育过程中的作用可能对实现叶菜减肥增效的可持续生产具有重要指导意义.此外，虽然已从不同植物中克隆出了多个NRT编码基因，并鉴定了一些NRT的功能，但由于NRT通常存在多层次调控模式及多个NRT之间的协同合作，并受外界环境变化和自身发育水平的调控，全面认识NRT的生理功能还比较困难.此外，NRT还参与硝酸根信号通路，能够与信号途径中激素、转录因子及一些下游基因发生相互作用，加上氮代谢与碳代谢的偶联关系，使得NRT功能可能更为多样，研究也更为复杂.传统单一的生理学、分子生物学方法在NRT研究上存在明显的局限性，综合利用各种生理生化及组学方法，从系统生物学水平上解析硝酸盐转运蛋白的功能可能是以后研究的一个热点和难点.参考文献：[1]Wang Y Y，Hsu P K，Tsay Y 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NRT在植物根系发育及非生物胁迫中的功能研究进展

NRT在植物根系发育及非生物胁迫中的功能研究进展作者：赵敏华刘吉徐晨曦蔡晓锋王全华王小丽来源：《上海师范大学学报·自然科学版》2020年第06期摘要：植物硝酸盐转运蛋白（NRT）不仅参与硝态氮的吸收及运转，还通过介导激素转运、信号传递，或直接作为其他离子转运子参与植物根系生长发育及其他矿质离子的吸收运转等过程，并影响植物在这些离子胁迫下的耐受表现。

部分NRT可能在植物养分综合利用及抗性培育中同时具有重要作用。

该文从根系发育及非生物胁迫两方面综述了NRT的最新研究进展，总结了其可能的作用机制。

关键词：硝酸盐转运蛋白（NRT）; 侧根; 钾（K）; 镉（Cd）; 磷（P）; 盐胁迫中图分类号： Q 945.12; S 60 文献标志码： A 文章编号： 1000-5137（2020）06-0709-10Abstract： Nitrate transporters （NRT） can not only participate nitrate uptake and transport in plants，but also play key roles in many other physiological processes，such as root system development，uptake and transport process of other mineral ions in plants through hormone transport，signal transduction and even act as other ion transporter，and accordingly affect the plant stress performance which related to these ions.Some NRT members may act as candidate genes for improving plant multiple-nutrition use and stress tolerance.This article reviewed the recent NRT research progress from two aspects：root development and abiotic stress.The possible mechanisms of NRT in these processes were also discussed.Key words： nitrate transporter （NRT）; root system; potassium （K）; cadmium （Cd）; phosphorus （P）; salt stress0 引言硝态氮（NO3--N）是植物最重要的氮素来源之一。

不同施用量硝酸铵肥对营养钵草莓苗生长的影响

落叶果树　2022,54(2):14-17Deciduous Fruits ·试验研究· DOI :　10.13855/ki.lygs.2022.02.004 不同施用量硝酸铵肥对营养钵草莓苗生长的影响贾志航,宋庆科,黄怀成,魏猛∗,赵林,张婷(江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/江苏徐州甘薯研究中心,江苏徐州221131) 摘　要:硝酸铵是含有铵态氮和硝态氮的混态氮素肥。

以圣诞红草莓苗为试材,研究了4种氮素浓度的硝酸铵对其生长发育的影响。

结果表明,氮素浓度在0~25mmol ·L -1范围内,草莓植株地上部形态指标,以及生物量、叶绿素含量、光合参数和硝酸还原酶活性均随氮素浓度升高呈现先升后降趋势,氮素浓度为15mmol ·L -1时,草莓苗生长量最大,生理功能较强;25mmol ·L -1时,草莓苗生长量最小,生理功能最差。

综合分析,以为供氮浓度为15mmol ·L -1对草莓苗生长发育最为有利。

关键词:草莓;供氮浓度;生长发育;状况中图分类号:　S668.4 文献标识码:　A 文章编号:　1002-2910(2022)02-0014-04Effects of different application rates of ammonium nitrate fertilizer on the growthof strawberry seedlings in nutrient bowlJIA Zhihang,SONG Qingke,HUANG Huaicheng,WEI Meng ∗,ZHAO Lin,ZHANG Ting(Xuzhou Institute of Agricultural Science of Xuhuai District /Xuzhou Sweet PotatoResearch Center of Jiangsu ,Xuzhou ,Jiangsu 221131,China ) Abstract :Ammonium nitrate is a mixed nitrogen fertilizer containing ammonium nitrogen and nitrate nitrogen.The effects of different concentrations of nitrogen (0,5,15,25mmol·L -1)on the growth and photosynthetic characteristics of ‘Shengdanhong’strawberry were studied.The re⁃sults showed that the above -ground morphological indexes,biomass,chlorophyll content,photo⁃synthetic parameters and nitrate reductase activity of strawberry shoot increased first and then de⁃creased with the increase of nitrogen concentration in the range of 0~25mmol·L -1.All indexes reached the maximum at 15mmol·L -1,and the growth and development of strawberry seedlings were inhibited significantly at 25mmol·L -1.The results showed that the nitrogen concentration of 15mmol·L -1was the most beneficial to the growth and development of strawberry seedlings. Key words :strawberry;nitrogen supply concentration;growth and development;status 收稿日期:2021-07-04基金项目:徐州市农业科学院基金项目(XK2019002)。

高等植物氮素转运蛋白研究进展

Ｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｏｔｅｉｎｓｍｅｄｉａｔｉｎｇｎｉｔｒｏｇｅｎｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｈｉｇｈｅｒｐｌａｎｔｓ
ＭａＱｉｎｇ，ＧｕａｎＣｈａｏ，ＸｉａＺｅｎｇ一７＂ｕｎ，ＷａｎｇＱｉａｎ，ＷａｎｇＳｕｏ — ｍｉｎ
系的吸收及体内的运输，氨基酸酰脲和多肽类等有机态氮也可在相应的转运蛋白的作用下被植物吸收利用．本文概述了近年来在硝态氮、铵态氮及有机氮素转运蛋白生物学功能与调控及其与植物氮营养等方面的最新研究进展，并对今后关于氮素转运蛋白研究的方向做了展望．关键词：硝态氮；铵态氮；有机氮素；转运蛋白；基因表达中图分类号：Ｑ９４５．１２文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．１３８８５／ｊ．ｉｓｓｎ．０４５５ — ２０５９．２０１５．０２．０１１
ＳｃｈｏｏｌｏｆＰａｓｔｏｒａｌＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｒａｓｓｌａｎｄＡｇｒｏ — ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ
ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｎｉｔｒｏｇｅｎｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄｐｌａｎｔｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ａｎｄｉｆｎａｌｌｙ，ｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｓａｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｒｅｇａｒｄｉｎｇｎｉｔｒｏｇｅｎｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒｓｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．

植物ABC转运蛋白研究综述

研究论文H A I X I A K E X U E 植物ABC转运蛋白研究综述*阜阳师范学院生命科学学院赵胡泉州师范学院湿地研究所李裕红[摘要]在分析植物A B C转运蛋白分子结构特征及作用机理的基础上，综述植物A B C转运蛋白八大亚簇（A-H）在植物生命活动中的功能等研究进展,并讨论了A B C转运蛋白值得进一步深入研究的科学问题。

[关键词]A B C转运蛋白亚家族功能生命活动调节植物ABC转运蛋白又称腺昔三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette transporters,ABC转运蛋白),由于含有一个腺苷三磷酸(ATP)的结合盒(ATP-binding cassette,ABC)而得名。

ABC转运蛋白广泛存在于真核和原核生物中,目前已知人类基因组中有48个ABC转运蛋白超家族成员。

在大肠杆菌K-12基因组中,至少有80个编码ABC转运蛋白,约占基因组的5%。

酵母中有大约31ABC转运蛋白超家族[3]。

在植物界，以水稻和拟南芥为代表的ABC转运蛋白家族多达120以上,这是植物以适应固着生活环境,长期进化形成的。

由于植物中ABC转运蛋白种类繁多、结构复杂、功能多样，参与植物一切的生命活动过程，从而引起人们的广泛关注。

自从1992年国际上首次报道从拟南芥（Arabidopsis thaliana）中克隆的AtPGP1（又称为AtMDR1）第一个植物ABC转运蛋白至今，研究人员对植物ABC转运蛋白进行了多方面的研究，从ABC转运蛋白基因克隆序列分析到功能验证，从ABC转运蛋白结构解析到转运机理的认识，从对大量ABC转运蛋白基因蛋白通俗命名到有统一的科学系统命名。

本文旨在总结前人研究的基础上，对ABC转运蛋白及其在植物生命活动调节中的作用研究进展作一综述。

1植物A BC转运蛋白分子结构特征ABC转运蛋白含有1～2个接合ATP的盒(ABCs)或接合核苷酸的域(nucleotide-binding domains,NBDs)和跨膜域(transmembrane domain,TMD)。

烟草硝酸盐转运蛋白基因的克隆及表达分析

烟草硝酸盐转运蛋白基因的克隆及表达分析烟草硝酸盐转运蛋白基因的克隆及表达分析#许金兰1，谢小东1，冯爽1，高军平1，王根洪2，程廷才2，夏庆友2**10（1. 重庆大学农学及生命科学研究院，重庆 400030；2. 西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室，重庆 400715）摘要：本研究通过同源性搜索的方法，得到烟草硝酸盐转运蛋白预测基因序列。

采用 PCR技术，从烟草中成功克隆出一个硝酸盐转运蛋白体基因，将其命名为NtNRT2.3。

其开放阅读框为 1455bp，编码 484 个氨基酸。

生物信息学分析表明该基因与已经报道的拟南芥、大豆、水稻等的 NRT2 家族基因具有高度同源性，且其编码的蛋白质具有 NRT 家族的共有结构特征。

定量表达结果显示，NtNRT2.3 基因在根中的表达量均高于茎和叶中，表明 NtNRT2.3在硝酸盐吸收过程中可能具有重要作用。

关键词：烟草；硝酸盐转运蛋白；克隆；表达中图分类号：Q9415Cloning and Expression Analysis of Tabacco NitrateTransporter Gene NtNRT2.3XU Jinlan1, XIE Xiaodong1, FENG Shuang1, GAO Junping1, WANG Genhong2, CHEN Tingcai2, XIA Qingyou220 25 30 35 401. Institue of agriculture and life science,Chongqing University, ChongQing 400030;2. State Key Laboratory of Silkworn Genome Biology,Southwest University, ChongQing 400715Abstract: I In this paper we through the method of homology searching to get the predictedtobacco nitrate transporter gene sequence. By using PCR technology, we successfully cloned anitrate transporter gene from the nicotiana tabacum, named it NtNRT2.3. The open readingframe of NtNRT2.3 is 1455 bp and encodes 484 amino acids.Bioinformatics analysis shows thatthe NtNRT2.3 is highly similar with the reported NRT2 family genes in plants,such as arabidopsisthaliana, soybean and rice. And the protein of NtNRT2.3 has the common domains of NRTfamily.The quantitative expression analysis of different organs shows that the expression ofNtNRT2.3 in the root is much higher than it in the stems and leaves,and this indicates thatNtNRT2.3 gene may play an important role in nitrate transporting.Keywords: Tobacco; Nitrate transporter; Cloning; Expression0 引言硝酸盐是土壤中最丰富的氮源，是植物可直接利用的主要氮源之一。

激素和非生物逆境胁迫调控植物硝酸盐转运蛋白功能的研究进展

激素和非生物逆境胁迫调控植物硝酸盐转运蛋白功能的研究进展作者：戴毅田龙果潘贞志陈林宋丽来源：《江苏农业学报》2020年第06期摘要：植物硝酸盐转运蛋白不仅担负着硝酸离子吸收、转运的功能，还参与植物诸多生理发育过程。

本文重点介绍了激素和硝酸盐转运蛋白在植物生长发育过程中的相互作用，硝酸盐转运蛋白参与非生物逆境胁迫响应方面的最新研究进展，以及激素和逆境协同参与硝酸盐转运蛋白表达和功能的调控机制，最后对硝酸盐转运蛋白在激素信号传导和抗逆境胁迫中的应用以及未来可能开展的研究方向提出了展望。

关键词：硝酸盐转运蛋白;植物激素;逆境中图分类号：Q756文献标识码：A文章编号：1000-4440（2020）06-1595-10Abstract： Plant nitrate transporters are responsible for the absorption and transport of nitrate ions， and participate in various physiological processes of plants. This review focused on the interactions between hormones and nitrate transporters during plant growth and development， the roles of nitrate transporters in abiotic stress， and the synergistic effects of hormone and abiotic stress on the expression and function of nitrate transporters. Finally， the application of nitrate transporter in hormone signal transduction and stress resistance was proposed.Key words：nitrate transporter;plant hormone;abiotic stress氮（N）是植物生長发育必需的大量元素之一，氮素不仅是蛋白质、核酸及磷脂等生物大分子的组成成分，也是辅酶、辅基、叶绿素和植物激素等植物生长发育重要成分的构成组分[1-2]。

植物生理学中的硝酸盐代谢与调节

植物生理学中的硝酸盐代谢与调节植物是靠绿色素和光合作用做出自己的食物，而氮元素则是植物生长的必要营养成分之一。

硝酸盐（NO3-）是植物主要的氮源，也是植物最普遍的离子营养元素之一。

在植物体内，硝酸盐代谢的过程中发挥着非常重要的作用，硝酸盐的吸收、转运、还原和再利用均与植物的养分吸收、生长发育有着密切的关系。

本文将探讨植物生理学中的硝酸盐代谢与调节机制。

硝酸盐的吸收和转运植物根系是吸收和转运硝酸盐的主要组织器官，当硝酸盐进入根沟微生物群落分解后，NO3-离子通过渗透作用和离子转运载体进入根细胞内。

然后，硝酸盐进入糖基化转运途径，此时硝酸盐与谷氨酰-具有高亲和力、硝化酶的C（NTR1或NRT2）蛋白结合形成谷氨酰-硝酸盐共转运蛋白，蛋白经降临到糖基化体系中。

这个过程中，硝酸盐的吸收和转运主要受到硝酸盐浓度、养分状态、利用率、pH值、根系氧化状态等因素的调节影响。

硝酸盐吸收转运能力的高低，直接影响了植物的生长发育和产量质量。

同时，氮肥的高浓度施用会破坏植物细胞质膜的完整性，导致细胞死亡，进而影响硝酸盐吸收和利用效率。

硝酸盐的还原和再利用硝酸盐还原和再利用是植物氮代谢中的最关键环节。

硝酸盐在叶片中被还原为亚硝酸(在植物中作为NO的存在形式)和氨基酸。

这个还原过程由谷氨酰-NO还原酶（NR）和亚硝酸还原酶（NiR）催化。

还原过程将NO3-转化为NO2-，不仅能够释放大量的能量，而且还能够为植物提供有机质物。

硝酸盐还原和转化过程中需要大量的氢离子、电子供体和促进因子，钾元素、钙元素等微量元素也对硝酸盐还原过程具有一定的影响。

此外，环境中光照、温度、湿度、气味等因素也能影响硝酸盐还原和再利用的过程。

硝酸盐调控的信号传导途径硝酸盐调控的信号传导途径在植物体内起到了非常重要的作用。

这个过程中识别和传递硝酸盐信号的途径有谷氨酰合成酶活性、NO3 -转运蛋白、硝酸盐还原蛋白和氨基酸合成酶等方面。

硝酸盐信号传递途径通过调节次级信号分子和调节基因表达方式的方式来适应外部环境的变化和内部环境的需要。

植物基因在硝酸盐代谢中的调控作用研究

植物基因在硝酸盐代谢中的调控作用研究近年来，随着生物科技的发展，越来越多的研究开始围绕植物基因的调控作用展开。

其中，植物基因在硝酸盐代谢中的调控作用备受关注。

硝酸盐是植物生长所需的重要营养物质，而植物基因的调控作用则直接影响着硝酸盐的合成、转运和利用。

本文将探讨植物基因在硝酸盐代谢中的调控作用研究。

一、硝酸盐代谢的基本过程硝酸盐是植物生长所需的重要营养物质，从土壤中吸收到之后，经过一系列代谢反应，最终被转化为氨基酸、蛋白质和其他生命活动所需的物质。

硝酸盐代谢的基本过程如下：1. 合成。

硝酸盐的合成主要是通过植物的根系吸收土壤中的硝酸盐离子，经过一系列的化学反应，最终形成亚硝酸盐和硝酸盐。

2. 转运。

硝酸盐从根部吸收进来后，需要通过植物的营养输送系统运输到各个部位。

这个过程主要依赖于硝酸盐转运蛋白的作用。

3. 利用。

硝酸盐到达各个部位之后，需要转化为氨基酸或其他生命活动所需的物质。

这个过程包括硝酸盐还原反应、硝化反应、氨基化反应等等，其中植物基因的调控作用起到了至关重要的作用。

二、植物基因在硝酸盐合成、转运和利用中的调控作用1. 硝酸盐合成过程中的植物基因调控作用植物的硝酸盐合成主要依赖于硝酸还原酶的作用。

硝酸还原酶是一种重要的酶类，在硝酸盐还原反应中扮演着关键的角色。

植物基因编码的硝酸还原酶可以受到一系列内部和外部因素的调控，从而影响着硝酸盐的合成速率。

内部调控因素主要包括植物生长激素、光周期、生理状态等等。

外部调控因素则涉及到土壤中无机物质的含量、温度、气候等等。

2. 硝酸盐转运过程中的植物基因调控作用硝酸盐的转运主要依赖于硝酸盐转运蛋白的作用。

硝酸盐转运蛋白是一种跨膜蛋白，具有载体介导的转运作用。

植物基因编码的硝酸盐转运蛋白可以受到一系列内部和外部因素的调控，从而影响着硝酸盐的转运速率。

内部调控因素主要包括植物生长激素、光周期、营养状态等等。

外部调控因素则涉及到土壤中无机物质的含量、温度、气候等等。

植物中硝酸盐信号转导及其作用研究

植物中硝酸盐信号转导及其作用研究植物是一类特殊的生物体，它们具有光合作用和能够合成有机物质的能力，而这恰好是其它生物所需要的。

植物是生物的重要组成部分，同时也是维持全球生态平衡的重要支柱。

然而，随着人类发展和大量使用化学肥料，植物中的硝酸盐含量成倍增加，这给生态环境和人类健康带来了巨大的威胁。

针对这一问题，科学家们开始了植物中硝酸盐信号转导及其作用的研究。

本文将简要介绍植物中硝酸盐信号转导及其作用的研究现状。

一、硝酸盐的来源植物中的硝酸盐主要来源于土壤中的无机氮，包括氨、铵、硝酸等。

其中，氨、铵主要是有机物分解的产物，而硝酸则是微生物氧化有机氮的产物。

二、硝酸盐的转运过程硝酸盐是一种极易溶于水的化合物，在植物中主要通过根部吸收。

植物吸收硝酸盐主要有两种途径：一种是利用根系分泌的质子驱动型氨基酸转运蛋白（Proton-Driven Amino Acid Transporters，AAPs）或硝酸盐-离子缔合转运蛋白（Nitrate-Induced Association1，NRT1）对硝酸盐进行转运，另一种是通过根尖处的离子通道直接吞噬硝酸盐。

三、硝酸盐的信号转导机制硝酸盐的代谢产生的NO3-受到细胞信号转导机制的调控，并通过一系列的生理生化反应产生生长和发育的影响。

在硝酸盐信号转导的过程中，通过调控硝酸盐转运蛋白、硝酸盐还原系统以及质膜钾通道的活性等方式，达到调节植物生长发育的目的。

除此之外，硝酸盐信号转导还能调节植物的抗逆能力、产量和质量等方面。

四、硝酸盐信号转导的调控机制硝酸盐信号转导的调控机制主要包括两个方面：一是利用收集和分析植物基因组数据对相关基因进行挖掘；二是分子遗传学、生化学和细胞生物学等多学科交叉的方法，来阐明这些基因在调控植物生长发育和抗逆能力中的作用。

现代分子生物学中，利用基因转录的表观遗传效应破译调控机制成为最新的研究热点。

五、硝酸盐的利用及其研究进展硝酸盐是重要的植物营养元素，作为氮源参与植物生长发育，广泛存在于自然界和人类农业生产中。

硝酸盐转运蛋白、互作、转录因子

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植物硝酸盐转运体的功能及其调控

植物硝酸盐转运体的功能及其调控尹辉;牟书勇;李冠【摘要】Nitrate (NO3-) is not only a major inorganic form of nitrogen absorbed by plants, but also a state remobi-lized among different organs of plant.Higher plants use nitrate transporter (NRTs) to uptake and transport nitrate ions.Up to date, many researches focused on NRT1.1, NRT1.2, NRT2.1, while little is known about the functions and regulatory mechanisms of other forms. In the plant system as a whole, the absorption and transportation of nitrate is a continuous process. The coordination of this process with other vital processes is still need to be further investigated. In this paper, the structure, biological function and regulation of NRTs are reviewed. This paper aimed at expounding the molecular and physiological mechanisms of absorption and transportation of nitrate in plants, and provides guidance for improvement of crops'nitrogen efficiency.%NO-3不仅是植物从土壤中吸收的重要无机氮素形式,还是在植物体内转移的氮素形式,植物依赖硝酸盐转运体(Nitrate transporters,NRTs)参与吸收和转运NO-3.目前,许多学者主要对NRT1.1、NRT1.2、NRT2.1进行大量研究,而对其他硝酸盐转运体的功能及调控机制研究甚少.植物体作为一个整体,吸收、转运硝酸盐是一个连续的过程,在此过程中,各硝酸盐转运体间如何相互补充、相互协调,仍有待进一步研究.文章通过对NRTs蛋白的结构、生物学功能和调控机制进行综述,旨在阐明植物吸收、转运NO-3的生理机制,为通过基因工程手段提高作物氮素利用效率的研究提供理论依据.【期刊名称】《南方农业学报》【年(卷),期】2012(043)004【总页数】6页(P425-430)【关键词】NO-3;硝酸盐转运体;植物;吸收;转运;调控;展望【作者】尹辉;牟书勇;李冠【作者单位】新疆大学生命科学与技术学院,乌鲁木齐830046;中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐830011;中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐830011;新疆大学生命科学与技术学院,乌鲁木齐830046【正文语种】中文【中图分类】Q945.130 引言氮素是生物体合成蛋白质和核酸的主要元素，也是植物体内多种酶及叶绿素的重要组成元素。

水稻硝酸盐转运蛋白基因OsNPF7.9在氮素积累和转运中的功能研究

水稻硝酸盐转运蛋白基因OsNPF7.9在氮素积累和转运中的功能研究冯慧敏;陆宏;王汉卿;李昕玥【期刊名称】《中国水稻科学》【年(卷),期】2017(031)005【摘要】[Objective] NPF family in plants can transport nitrate and peptide, etc. Functional analyses of OsNPF7.9 can lay a theoretical basis for studying molecular mechanism of high nitrogen use-efficiency.[Method] Bioinformatics of OsNPF7.9 was predicted with different biological softwares. The OsNPF7.9 promoter-GUS transgenic rice was obtained for analyzing the spatial expression pattern of OsNPF7.9. And the expression patterns of OsNPF7.9 under different N supply levels were observed using semi-quantitative RT-PCR and pOsNPF7.9::GUS transgenic rice.OsNPF7.9 overexpressing rice was obtained, and their different physiological indexes were measured.[Result] OsNPF7.9 is localized on plasma membrane with 12 transmembrane domains and a big hydrophilic loop between the 6th and the 7th transmembrane domain. Tissue expression pattern showed that OsNPF7.9 was expressed in roots, leaves, root-shoot junction and flowers. Both RT-PCR and GUS staining of pOsNPF7.9::GUS transgenic rice indicated that the expression of OsNPF7.9 was not affected by N concentration and form. Overexpression of OsNPF7.9 could significantly increase not only nitrate concentration in shoots and roots-shoots nitrateratio; but also total nitrogen concentration and accumulation in shoots, and roots-shoots total nitrogen ratio.[Conclusion] OsNPF7.9 participated nitrate transport from roots to shoots, and overexpression of OsNPF7.9 could increase N accumulation and transport from roots to shoots.%[目的]植物NPF家族成员具有转运硝酸盐、小肽等的功能.对水稻OsNPF7.9基因的功能研究能够为水稻氮素高效利用的分子机制提供理论基础.[方法]利用不同的生物软件对OsNPF7.9蛋白的生物学信息进行了预测分析;用OsNPF7.9基因启动子融合GUS报告基因的转基因水稻进行OsNPF7.9的组织定位观察;利用半定量RT-PCR 和pOsNPF7.9::GUS转基因水稻分析OsNPF7.9受氮素调控特征;构建了OsNPF7.9的超表达水稻株系,并进行生理指标测定.[结果]OsNPF7.9是细胞质膜蛋白,有12个跨膜结构域,在第6~7个结构域之间有一个大的亲水环.组织定位结果显示OsNPF7.9在根、叶片、根茎结合处和花中都有表达.RT-PCR和pOsNPF7.9::GUS转基因水稻的GUS染色结果都表示,OsNPF7.9的表达不受氮素形态和浓度的影响.OsNPF7.9基因超表达后,不仅显著增加水稻的地上部硝酸盐含量以及根系向地上部的硝酸盐转运,而且增加了地上部的总氮浓度、总氮积累以及根系向地上部的总氮转运.[结论]OsNPF7.9参与硝酸盐从根系向地上部的转运,并且OsNPF7.9超表达可以提高水稻氮素积累和转运能力.【总页数】8页(P457-464)【作者】冯慧敏;陆宏;王汉卿;李昕玥【作者单位】南京农业大学资源与环境科学学院,南京 210095;南京农业大学资源与环境科学学院,南京 210095;南京农业大学资源与环境科学学院,南京 210095;南京农业大学资源与环境科学学院,南京 210095【正文语种】中文【中图分类】Q786;S511.01【相关文献】1.几种植物生长调节剂对水稻氮素积累与转运及贮存的影响 [J], 陈静彬;刘强;荣湘民;朱红梅;彭建伟;谢桂先2.不同氮效率水稻生育后期氮素积累转运特征 [J], 叶利庭;宋文静;吕华军;栗艳霞;沈其荣;张亚丽3.不同氮肥群体最高生产力水稻品种各器官的干物质和氮素的积累与转运 [J], 霍中洋;杨雄;张洪程;葛梦婕;马群;李敏;戴其根;许轲;魏海燕;李国业;朱聪聪;王亚江;颜希亭4.水稻中的磷转运蛋白基因在异源表达系统中的功能分析 [J], 郭强;孙淑斌;YU Ling;徐国华5.水稻硝酸盐转运蛋白基因OsTNrt2.1的编码蛋白特征和表达 [J], 徐海荣;谷俊涛;路文静;邓若磊;曹云飞;肖凯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

烟草高亲和硝酸盐转运蛋白基因NtNRT2.5的克隆及表达模式分析

烟草高亲和硝酸盐转运蛋白基因NtNRT2.5的克隆及表达模式分析李晨依;朱紫童;湛佳伟;温海洋;罗勇;杨永霞;张松涛;贾宏昉【期刊名称】《中国烟草学报》【年(卷),期】2024(30)2【摘要】【背景和目的】高亲和硝酸盐转运蛋白NRT2家族基因在植物硝酸盐吸收转运和再利用过程中发挥重要作用,为探索烟草NRT2家族基因NtNRT2.5对烟草氮素调控的作用。

【方法】从烟草烤烟品种K326中克隆得到高亲和硝酸盐转运蛋白基因NtNRT2.5,进行生物信息和表达模式分析,创制NtNRT2.5启动子融合GUS报告基因的K326转基因烟草材料,进行GUS组织化学染色。

【结果】NtNRT2.5基因的全长ORF为1509 bp,编码502个氨基酸,属于稳定性疏水蛋白,其蛋白跨膜结构域具有NRT2家族结构特征;烟草NtNRT2.5蛋白与拟南芥AtNRT2.5蛋白亲缘关系最近,功能相似;该基因启动子包含多种激素和胁迫响应元件;NtNRT2.5蛋白定位于细胞质膜;NtNRT2.5基因在烟草各组织都有表达,在下部叶中表达最强,且受低氮诱导表达增强,GUS组织染色结果表明,正常供氮和低氮条件下,在转基因烟草的根(中轴)和下部叶片(叶脉)中都检测到了GUS报告基因,均能显蓝色,且低氮条件下表达更加强烈,蓝色更深。

【结论】烟草NtNRT2.5是高亲和硝酸盐转运蛋白的编码基因,该基因受低氮诱导表达增强,可能参与烟草硝酸盐的转运及再利用过程。

【总页数】9页(P71-79)【作者】李晨依;朱紫童;湛佳伟;温海洋;罗勇;杨永霞;张松涛;贾宏昉【作者单位】河南农业大学烟草学院【正文语种】中文【中图分类】Q94【相关文献】1.不结球白菜高亲和性硝酸盐转运蛋白 NRT2．2的克隆和表达分析2.烟草硝酸盐转运蛋白基因NtNRT2.4的克隆及表达分析3.盐地碱蓬高亲和性 K＋转运蛋白基因SsHAK2的克隆与表达模式分析4.烟草硝酸盐转运蛋白NtNRT1.7基因的克隆、亚细胞定位及表达模式分析5.烟草高亲和钾转运蛋白基因NtHAK5克隆及表达模式分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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HATS 又包括诱导型高亲和转运系统（iHATS）和组
成型高亲和转运系统（cHATS）；LATS 又包括诱导型低亲和转运系统（iLATS）和组成型低亲和转运系统（cLATS）［5］。随着分子生物学研究技术和生物信息学的日趋成熟，很多参与硝酸盐转运的基因已经被相继分离、克隆，并对其功能做了较为深入的鉴
2014年第6期
贾宏昉等：高等植物硝酸盐转运蛋白的功能及其调控机制
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硝酸盐转运系统。当外界 NO3-浓度在 1 μmol/L-1 mmol/L 时，负责 NO3-的吸收主要是高亲和转运系统（HATS）；而当外界 NO3-浓度高于 1 mmol/L 时， NO3-吸收的主要由低亲和转运系统（LATS）负责［6，7］。
A
NRRTe1m:7obilize NRT1P.e4tdie store
Seed NRT1:6
Embryo cell Vacuole
NRT2.7 NO3 H+ ?
Mesophyll cell Vacuole H+ CLCa,b
NO3
Guard cell
NRT1.1
SLAH3
NRT1.5 Xylem
网络出版时间：2014-06-26 17:34 网络出版地址：/kcms/detail/11.2396.Q.20140626.1734.003.html
Hale Waihona Puke ·综述与专论·生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
2014年第6期
高等植物硝酸盐转运蛋白的功能及其调控机制
1.2 NRT2家族转运蛋白
NRT2 属于硝酸盐-亚硝酸盐转运体家族，该家族属于 MFS（Major facilitator superfamily，MFS）超
家族成员。第一个 NRT2 家族基因是在真核生物曲霉菌（Aspergill usnidulans）中克隆到的 CrnA（NRTA）基因［20］，将 CrnA 基因注射蟾卵异源表达系统后发现，硝酸盐的跨膜运输有 2 种机制：介质 NO3-浓度较低时，是 H+ 偶联的 2H+/1NO3-共转运的主动转运机制， Km 值为 24 μmol/L［21］；当介质 NO3-浓度较高时采用被动吸收机制吸收 NO3-，Km 值为 127 μmol/L［22］。但是植物的 HATS 似乎只是单一的 2H+/1NO3-共转运系统。自从真菌中克隆到 CrnA 基因之后，人们随后在单细胞绿藻（Chlamydomonas reinhartii）和海洋蓝藻（Marine cyanobacterium）也分离到 NRT2 基因［23，24］。最早分离的植物 NRT2 基因是大麦基因 HvNRT2.1 和 HvNRT2.2［25］。到目前为止，人们已在不同高等植物中分离到几十个 NRT2 基因。在同一种植物中，一般有多个 NRT2 基因，如在大麦中可能有 7-10 个 NRT2 基因，但是目前只克隆到其中的 4 个；在拟南芥中可能有 7 个 NRT2 基因。在水稻中已经克隆的高亲和硝酸盐运输蛋白基因有 OsNRT2.1、 OsNRT2.2、OsNRT2.3 和 OsNRT2.4 及两个 NAR2s （OsNAR2.1 和 OsNAR2.2），其中 OsNRT2.3 又通过选择性剪切转录成 OsNRT2.3a 和 OsNRT2.3b 两个转录本［26-28］。Tang 等［28］的研究表明 OsNRT2.3a 在水稻硝酸盐从地下部向地上部运输过程中起关键作用，而 OsNRT2.3b 在水稻前期氮素积累和后期氮素转运中发挥关键作用，该基因过量表达显著提高了水稻的氮素利用效率和产量。最近本课题组利用 RACEPCR 方法从普通烟草（Nicotiana tabacum）中克隆出来 5 个高亲和硝态氮转运蛋白基因（NtNRT2.1NtNRT2.5），其中 NtNRT2.1 为已报道的基因，其余 4 个基因均未报道，初步结果表明其余 4 个基因均受硝酸盐诱导增强表达。
到目前为止，人们已在番茄（Lycopersicon esculentum）、水稻（Oryza sativa）、烟草（Nicotiana plumbaginifolia）、油菜（Brassica napus）和苜蓿（Medicago truncatula）等植物中都克隆到了 NRT1 家族基因，其中水稻 NRT1 家族成员最多，至少有 100 多个［16］。大量的研究表明 NRT1 家族基因并不一定只是低亲和硝酸盐运输蛋白，已报道的拟南芥 CHL1 和苜蓿 MtNRT1.3 被验证是双亲和硝酸盐运输蛋白［17-19］。
贾宏昉张洪映刘维智崔红刘国顺
（河南农业大学烟草学院国家烟草栽培生理生化基地，郑州 450002）
摘要：硝酸盐是植物从土壤中吸收的重要无机氮素形态。植物为适应含有不同浓度 NO3-的土壤环境，进化出了高亲和硝酸盐转运系统（HATS）和低亲和硝酸盐转运系统（LATS），两个基因家族 NRT1 和 NRT2 家族分别参与了 LATS 和 HATS 的 NO3的吸收和转运。近年来，随着分子生物学技术和植物基因组学的快速发展，研究人员克隆出了大量参与硝酸盐吸收和转运的基因，并对这些基因的功能进行了深入研究，逐渐形成了复杂的硝酸盐调控网络。综述了植物中硝酸盐转运蛋白基因的克隆、表达及调控，并对进一步的研究作了展望，这些结果对于理解植物硝酸盐吸收的调控机制具有重要作用。
NO3
NO3
NO3
NO3
NO3 Casparian band
Xylem NO3 NO3 NO3
Key:
NRT1.1 CHL1
NRT1.2
NRT2.1
NRT2.4
NAXT1 NRT1.5
NRT1.8
图 1 拟南芥硝酸盐转运蛋白的分布［7］（颜色标识见电子版）
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生物技术通报 Biotechnology Bulletin
Abstract: Nitrate（NO3-）is main nitrogen sources which plants absorb from soil. There are two different uptake systems in plants to cope with low or high NO3- concentrations in soil, the high affinity systems（HATS）and low affinity NO3- uptake systems（LATS）. It is suggested that NRT1 and NRT2 families contribute to LATS and HATS for both NO3- uptake and distribution within the plant. Specific transport systems are essential for the uptake of NO3- and for its internal redistribution within plant. Over the past years, a significant advance has been obtained on the gene cloning, expression regulation and functional characterization of NRT1/2 transporters in higher plants. In this article, the research progresses on molecular level of known Nitrate transporters in higher plant in last decade were reviewed.
2014年第6期
定（图 1）［7］。
1.1 NRT1家族转运蛋白
植物中 NRT1 属于小肽转运体（Peptide transporters，PTR）家族，一般含有 450-600 个氨基酸，有 12 个跨膜结构域，在 NRT1 的第 6 个和第 7 个跨膜域之间有一个大的亲水环状结构。双子叶植物拟南芥 NRT1 家族有 53 个成员基因，其中 CHL1 （AtNRT1.1）是最早被克隆的 NRT1 家族成员［8］，随后大量拟南芥中 NRT1 成员基因被克隆出来。继 AtNRT1.1 基因以后，人们又在拟南芥中克隆到多个 NRT1 基因，其中 AtNRT1.2 是一个组成型表达基因，是拟南芥 cLATs 的成员［9］。该基因与 AtNRT1.1 有所不同，AtNRT1.2 只具有低亲和力硝酸盐转运特性的转运蛋白，并不具有高亲和力硝酸盐转运特性。 AtNRT1.4 主要在叶柄及叶脉表达，可以调控硝酸盐在叶片的分配［10］；AtNRT1.5 主要在根部靠近木质部的薄壁细胞表达，主要负责将硝酸盐向木质部运输，从而调控硝酸盐由地下向地上的长距离运输［11］；与 AtNRT1.5 不同的是 AtNRT1.8 在地上部及地下部靠近木质部的薄壁细胞都有表达，通过将木质部的硝酸盐向外运出调控硝酸盐在地上及地下的分配［12］； AtNRT1.6 主要通过调控硝酸盐从母体向胚的运输影响胚的早期发育［13］；AtNRT1.7 主要在叶片韧皮部的薄壁细胞表达，负责将硝酸盐向韧皮部运输从而调控衰老叶片中硝酸盐的再利用［14］；而 AtNRT1.9 主要在根部韧皮部细胞表达，通过将硝酸盐向根系韧皮部运输调控硝酸盐的分配和再利用［15］。
（College of Tobacco Science，Henan Agricultural University ；National Tobacco Cultivation，Physiology and Biochemistry Research Center， Zhengzhou 450002）