实时荧光定量PCR技术在水稻氮素基因表达中的应用研究与展望

类： 铵 吸收基 因 Ａ Ｍ Ｔ 、 硝吸收基 因 Ｎ Ｒ Ｔ 、 Ｇ Ｓ基因和 Ｇ Ｏ Ｇ Ａ Ｔ基因。 ３荧光定量 Ｐ Ｃ Ｒ技术及其应用 ３ ． １荧光定量 Ｐ Ｃ Ｒ技术优点 传统 Ｐ Ｃ Ｒ可对特 定核苷酸 片段进行指数级扩 增。在扩增 反 应 结束之后，可 以通过凝 胶 电泳 的方法对扩 增产物进 行定性分 析， 也可以通过对光密度扫描来进行半定量分析 。但是无论定性 还是 半定量分析， 分析 的都是 Ｐ Ｃ Ｒ 终产物， 不能确保 Ｐ Ｃ Ｒ产物信 号与初始模板 的拷贝数成比例 。
实 时 荧 光 定 量Ｐ Ｃ Ｒ 技 术 在 水 稻 氮 素 基 因 表 达 中 的 应 用 研 究 与 展 望
李 庆 体
（ 江 苏 滨 海 县正 红镇 农 业 生 产 服 务 中心 。 江苏滨海 ２ ２ ４ ５ ０ ０ ）
擒 要 ： 实时 荧 光 定 量 Ｐ ＣＲ 技 术 实现 了对 低 拷 贝基 因表 达 量 还 是 Ｎ ０ ３ 一和 Ｎ Ｈ ４ ＋ 。近 年 来 ， 人 们 从 分 子 水 平 上 对 硝 态 氮 的吸 收 的快 速 、 准确 定 量 ， 展 望 了荧 光 定 量 Ｐ Ｃ Ｒ 技 术在 水 稻 氮素 相 关 系统进行 了大量研究 。已发现 ２种基因 Ｎ Ｒ Ｔ Ｉ和 Ｎ Ｒ Ｔ ２与硝态氮 基 因表 达 中的 应 用前 景 。 转运系统 （ Ｈ Ａ Ｔ Ｓ和 Ｌ Ａ Ｔ Ｓ ） 有关 。目前 已从多种作物中克隆了硝态 关键调 ： 水稻 ； 氮素 ； 基 因表 达 ； 荧光定量 Ｐ Ｃ Ｒ； 应 用研 究 ： 展 氮低亲和系统的基因。越来越 多的证据表 明， 铵高亲和转运体应
望
２ Ｏ世纪 ６ ０ －７ ０年代水 稻矮化育 种和 杂交稻三 系配套 的成 功和应用使水稻产量大幅度提高， 但 同时导致氮肥施用量的急剧 增 加 。尽 管 氮 肥 在 提 高 水 稻产 量 的过 程 中起 着 非 常重 要 的 作用 ， 但对 地下 水 、 土壤、 河流 、 湖 泊和大气等农业环 境的污染严重 ， 间 接影 响人 体健康 。 目前 在作物生产中氮素利用率较低 ， 只有 ２ ８ ％ ４ ０ ％ ， 而水稻是我国第一大粮食 作物， 因此如何提高水稻氮素利 用率， 是 当前 亟 需攻 克 的重 要 课 题 。 ｌ 水稻 与氮 素 的关 系 研 究 １ ． １ 氮 在 水 稻 生 产 中 的作 用 世界上许多地区的水稻 生产越来越注重 于优化籽粒产 量、 降 低生产成本 、 减少对环境 的污染危害 。限制水稻生产的投入之一 是氮， 氮素对水稻是重要 的， 约７ ５ ％ 的叶片氮 与叶绿体有关， 而后 者通过光合作用在干物质生产中发挥着 重要 的生理作用 。 在营养 生 长 期 水 稻 吸 收 氮 素 促 进 生 长和 分 蘖 ， 从 而 决定 潜 在 的穗 数 ； 在 穗形 成初期氮素有利 于小穗的形成 ； 而 在 穗 形成 后 期 ， 则通 过 减 少退化小穗数增加谷壳大小而增加库容 。 １ ． ２水稻氮肥吸 收利用率现状 长期 以来大量施用氮肥 一直是稳定和提 高水稻产量 的重要 措施 ， 因不 断增 加水稻植株 中的氮 素含量导致 回报 率降低， 并不 是总能增加水稻产量， 因此从经济方面考虑这一措施并不总是最 优 的。同时， 过量施用氮肥还会对环境和 人体健康 产生潜在 的不 利影 响， 并增加病 害的发生和倒伏 。 水稻 的种植容易导致氨挥发、 硝化 一反硝化脱氮、 淋溶 以及径流而使氮 素丢 失。 基于此， 国内外 越来越 重视研究和 改 良水稻氮素吸收 利用 的遗传潜力和 生理机 制， 建立 高效 生产技术体系， 从根本上 提高水稻对氮素营养 的吸 收利 用 。 我 国 的 氮 肥 吸 收 利 用 率 为 ３ ０ ％ ￣３ ５ ％ ， 低 于世 界 平 均 水
实时荧光定量 Ｐ Ｃ Ｒ （ ｒ ｅ ａ ｌ — ｔ ｉ ｍ ｅ ｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｃ ｅ ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｐ Ｃ Ｒ ） 是在 传 统 Ｐ Ｃ Ｒ技 术 基 础 上 发 展 起 来 的 一 种 高 度 灵 敏 的核 酸 定量技术， 它有 效 地 解 决 了传 统 定 量 只 能 终 点检 测 的 局 限， 测得 未经 Ｐ Ｃ Ｒ信号放大之前的起始模板量 。其 反应 体系 中， 引入 了一 种荧光化学物质， 随着 Ｐ Ｃ Ｒ反应的进行， Ｐ Ｃ Ｒ 反应产物 不断累加，
平。
是Ａ Ｍ Ｔ １家族的成员， 原因是 Ａ Ｍ Ｔ 蛋 白在 植 物 根 系 吸 收 土 壤 氮 素 中起 主 要 作 用 ２ ． ２氮素利用基 因 谷氨酰胺合成酶 Ｇ Ｓ是 参 与 植 物 氮 代 谢 的关 键 酶 。高 等 植 物 中编码 Ｇ ｓ的基 因的表达是一个十分复杂 的过程，而且 因植物种 属 的不 同而呈差异表达 。 植物发育进程 以及光照、 氮源 的形式 、 水 分、 Ｎ ａ Ｃ １等 外 界 因 子 均 影 响 Ｇ Ｓ基 因 的 表 达 。 作 物 在 吸 收 氮 素 的 过程 中具备 １ 套酶系统 ， 能有 效地 将氨转化为氨基 酸， 进而 同化 为蛋 白质 。 氨基酸的合成是通 过 Ｇ ｓ和谷氨 酸合 成酶 （ Ｇ Ｏ Ｇ Ａ Ｔ ） 的偶 联作用， 同时有各种氨基转移酶参加完成 。Ｇ Ｓ 、 Ｇ Ｏ Ｇ Ａ Ｔ在植物 叶 片、 根瘤 以及根 中均有分布， 但在不 同器 官中 Ｇ Ｓ ／Ｇ Ｏ Ｇ Ａ Ｔ循环 的 作用不尽相 同。在绿色组织 中， Ｇ Ｓ ／Ｇ Ｏ Ｇ Ａ Ｔ循环 的主要作用是 同 化光 呼吸产生的 Ｎ Ｈ ４ ＋ 以及硝酸盐在 叶中还 原产 生的 Ｎ Ｈ ４ ＋ ， 在根 瘤 中则主 要同化根瘤菌固氮 产 生的 Ｎ Ｈ ４ ＋ ， 而在根 中则是 同化 吸 收到体 内的 Ｎ Ｈ ４ ＋ 以及硝酸盐被吸收后在根中还 原产 生的 Ｎ ｝ Ｉ ４ ＋ 。 综上 所述，在 目前 已知的氮素吸 收系统相 关基 因主要有 ４