毛竹硝态氮转运蛋白家族PeNPFs基因鉴定及其表达特性分析

[目的]鉴定毛竹中硝态氮转运蛋白(NPF)家族基因成员,系统分析其分子特征和表达模式,为深入研究毛竹NPF基因的硝态氮转运功能奠定基础。[方法]采用生物信息学方法从毛竹基因组中鉴定NPF家族基因成员,并对其启动子调控元件、基因结构、编码蛋白理化性质、保守结构域、系统进化等进行全面分析,利用已有转录组数据,对毛竹NPF基因的组织表达特异性以及不同非生物胁迫和激素处理后的表达模式进行分析。[结果]在毛竹中共鉴定NPF家族成员基因27个,其基因结构差别较大,内含子数量为2~5个,编码区最长为2 286 bp (PeNPF7.4),最短为1 359 bp (PeNPF8.8)。基因启动子调控元件分析发现,PeNPFs启动子序列中包含多种与低温和干旱等非生物胁迫以及GA3和NAA等激素响应相关的元件。PeNPFs编码蛋白的分子量介于49.56~82.08 kDa之间,理论等电点为5.17~9.85,大部分是中性或碱性蛋白,均含有类似的跨膜结构;系统进化分析表明,毛竹27个PeNPFs分属于7个亚家族,各亚家族成员数量分别为1、3、1、6、1、7和8个;蛋白保守基序分析显示,PeNPFs共有10个保守基序,其中motif 1、motif 2和motif 4是各成员共有的高度保守的基序。基于转录组数据的表达谱热图分析显示,PeNPFs在叶片、花序、根、鞭和笋等不同组织中的表达存在一定差异,但各成员至少在1个组织中检测到表达,部分成员的表达表现为组织特异性或组成型表达。在冷和干旱处理后,PeNPF5.3、PeNPF7.2、PeNPF7.3和PeNPF8.7的表达量均显著下调,这与其启动子序列中存在与低温和干旱响应调控元件相一致;在GA3和NAA处理后,PeNPF7.3和PeNPF7.6呈相反的表达变化,而PeNPF7.1的表达趋势相似。[结论]毛竹中有27个NPFs家族基因成员,分为7个亚家族,各亚家族成员之间的分子特征和组织表达特异性均存在一定的差异,且一些基因对非生物胁迫和激素处理的响应变化均达到显著性差异,推测这些基因在毛竹不同组织中及应对不同环境过程中对硝态氮的转运可能发挥着不同的功能,研究结果为揭示PeNPFs的生物学功能提供了重要依据。

甘蓝型油菜苗期氮高效吸收转运特征研究

【目的】氮素吸收效率是影响作物氮效率的重要方面,开展油菜氮高效吸收转运特征研究旨在为提升油菜氮吸收效率及产量提供理论依据。【方法】为探究油菜氮高效吸收转运机理,以一对氮效率差异显著的油菜种质:氮高效种质‘498’和氮低效种质‘428’为试验材料,在营养液培养条件下,设置正常供氮(9.5 mmol·L^(-1))和低氮(0.475 mmol·L^(-1))处理,研究不同氮浓度下油菜在3个生长时期(物候生长期12、14和16)的生理指标差异;并运用^(15)N同位素示踪技术研究不同种质对NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)的吸收和转运能力。同时,利用实时荧光定量PCR技术分析氮吸收转运相关基因(BnNPFs、BnNRT2s和BnAMTs)在氮效率不同油菜种质中的表达差异。【结果】不同氮浓度处理下,油菜种质‘498’的植株生长和根系发育均表现较强优势,根系形态指标(主根长、总根长、根表面积、根体积和侧根数)、生物量、氮累积量和氮吸收效率均显著高于油菜种质‘428’。^(15)N同位素示踪试验也表明,油菜种质‘498’对NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)的吸收累积强于‘428’,尤其是NH_(4)^(+),‘498’在高低氮浓度处理下植株^(15)NH_(4)^(+)累积量均显著高于‘428’。实时荧光定量PCR分析结果进一步显示,在正常供氮处理下,参与NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)吸收与转运的基因(BnNPF6.3a、BnNRT2.1e、BnNPF7.2a、BnNPF7.2c、BnNPF6.2c、BnAMT1;2a、BnAMT1;3c、BnAMT1;4a、BnAMT2;1a和BnAMT2;1b)在‘498’中的相对表达量显著高于‘428’;而在低氮处理下,‘498’根中参与NO_(3)^(-)吸收与转运的基因(BnNRT2.4a、BnNRT2.5a和BnNRT2.5b)的相对表达量显著低于‘428’,但是参与调控NO_(3)^(-)转运及再分配的基因(BnNPF7.3a和BnNPF6.2c)表达水平较高,同时,参与NH_(4)^(+)吸收转运的基因(BnAMT1;1a、BnAMT1;2a、BnAMT1;3c、BnAMT1;4a、BnAMT2;1a和BnAMT2;1b)的表达水平也显著高于‘428’。【结论】与氮低效种质‘428’相比,氮高效种质‘498’的根长、根表面积(体积)、侧根数均表现出显著优势,并且其对氮(尤其是NH_(4)^(+))的吸收累积能力较强;正常供氮处理下,参与NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)吸收转运的基因在‘498’中表达相对较高,而低氮处理下参与NO_(3)^(-)转运与再分配及NH_(4)^(+)吸收转运的基因在‘498’中相对表达量显著高于‘428’,说明‘498’相对较高的氮吸收效率可能与部分BnNPFs和BnAMTs基因的高表达水平相关。