低氮条件下内生放线菌OsiLf-2介导IAA调控途径提高水稻氮素利用的作用机制研究
批准号:
32100246
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
高艳
依托单位:
学科分类:
植物与环境互作
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
高艳
中文摘要
目前我国水稻生产存在氮素利用率低和耐低氮能力差等问题,亟待开展多元化的应用基础研究以实现水稻“低氮肥高产量”的生产目标。内生菌与植物关系密切,可以通过多种作用机制提高植物对环境的适应能力。申请者前期筛选得到一株可以促进水稻生产并提高其耐低氮能力的内生放线菌OsiLf-2。研究发现,该菌株具有高产生长素IAA的特性。生长素是植物生长发育的关键调节因子,也参与植物逆境胁迫响应过程。但内生菌如何利用生长素调控植物氮素利用仍不清楚。在此基础上,申请者拟利用OsiLf-2的IAA合成缺陷突变体材料结合生理生化和分子生物学技术,在正常和缺氮条件下研究OsiLf-2如何调节自身和植物IAA的合成,并参与IAA信号转导途径影响水稻的氮代谢过程,进而解析OsiLf-2通过IAA途径提高水稻耐低氮和氮素高效利用的作用机理。该项目的研究结果将为利用内生菌资源解决水稻低氮肥利用效率的科学问题提供重要的理论指导。
英文摘要
The low-nitrogen utilization and low-nitrogen intolerance are serious problems that restrict the rice production of our country. Thus, developing diversified basic researches to achieve the production goal of "low nitrogen fertilizer and high yield" is currently in need. Endophytes are closely related to their host plants, and can improve the host adaptability in facing the environment changes in a variety of action mechanisms. The applicant has obtained an endophytic actinomycete OsiLf-2 which can promote rice production and improve its ability to tolerate the low nitrogen conditions. The previous study showed that OsiLf-2 has the capability of producing a large amount of auxin IAA. IAA is a key regulator of plant growth and development, and can also participate in the process of plant stress responses. However, how endophytes use IAA to regulate plant nitrogen utilization is still unclear. On this basis, the applicant intends to use the mutant materials of OsiLf-2 that lack the capability of IAA synthesis, and combine with physiological, biochemical and molecular biology techniques to study how OsiLf-2 regulates the synthesis of IAA in itself and in its host rice in normal or nitrogen-deficient conditions. The IAA signal transduction pathway affects the nitrogen metabolism process of rice tissues, and then the mechanism of OsiLf-2 enhancing the tolerance to the low-nitrogen stress and promoting the nitrogen utilization efficacy through the IAA pathway is analyzed. The results of this project will provide important theoretical guidance of using endophyte resources to solve the scientific problem of rice low-nitrogen fertilizer utilization efficiency.
氮素利用率低和耐低氮能力不足等问题严重制约着我国粮食安全生产。为实现水稻绿色生产目标,缓解氮肥过量施用造成的环境压力,开发和利用微生物资源已成为备受关注的有效策略。内生放线菌是区别于根瘤菌、具有独立固氮潜力的一类植物内生微生物,但其在促进植物氮素利用方面的作用机制仍亟待阐明。本研究以课题组前期从水稻体内分离获得的一株显著提高水稻低氮胁迫耐受能力的内生放线菌Streptomyces albidoflavus OsiLf-2为研究对象,系统探究了其通过IAA调控水稻氮素吸收和利用的作用机制。主要研究进展如下:.1. 明确了OsiLf-2调控水稻生长发育和定殖行为依赖于其IAA生产能力。研究发现,OsiLf-2能够稳定定殖于水稻体内并促进地上部IAA积累,使幼苗期生物量提升35.8%,成熟期单株产量增加57.4%。当IAA合成受限时,菌株主要定殖于水稻根系表面,其促生和增产效应显著减弱。.2. 揭示了OsiLf-2通过IAA调控水稻低氮胁迫响应的分子机制。研究表明,在低氮胁迫条件下,共生体系中氮代谢相关酶活性的提升和IAA稳态的维持均依赖于OsiLf-2的IAA生产能力,且该内源调控过程较外源施加IAA具有更高的灵活性和效率。.3. 阐明了OsiLf-2通过IAA调节定殖模式协助水稻应对低氮胁迫的作用机制。在低氮胁迫诱导下,OsiLf-2的定殖部位由以叶片为主转变为以根系为主,其在根系中的相对生物量从33.27%显著提升至1598.5%。这种定殖模式的转变可能增强了共生体系对缺氮环境的感知能力和响应效率。.4. 初步揭示了OsiLf-2通过IAA增强固氮模式协助水稻适应低氮胁迫的生理机制。研究发现,随着共生体对低氮胁迫耐受性的增强,OsiLf-2体内固氮酶活性显著提高,而当其产IAA能力下降时,该功能相应减弱。这一特性有助于维持水稻地上部氮素供应和利用的稳定性,确保其正常生长发育。.本研究的创新性在于首次提出内生菌可通过其产生的IAA调控自身定殖行为和宿主激素稳态,从而增强植物对逆境胁迫的适应能力。相关研究成果为揭示内生菌利用植物激素信号途径调控宿主环境适应性的作用模式提供了新的理论依据,同时为生物肥料的开发和应用奠定了重要的资源基础和技术支撑。
叶内生菌产铁载体调控宿主水稻铁稳态与免疫信号的协同机制
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批准号:2026JJ50149
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:高艳
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依托单位:
国内基金
海外基金