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氨基酸转运蛋白OsATL4在水稻氮素吸收及再分配中的调控作用研究

批准号:
32060064
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
黄玮婷
依托单位:
学科分类:
水分和营养物质的运输与代谢
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄玮婷

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
氨基酸转运蛋白对植物氨基酸吸收、转运和利用具有重要的作用,影响生长发育和产量形成等多个方面。前期研究发现,氨基酸转运基因OsATL4的启动子序列在水稻自然变异品种中有三种主要类型,不同类型转录水平与单株分蘖数和产量存在显著关联。提高基因表达抑制了水稻分蘖数、引起叶片衰老并降低单株产量,而基因敲除则相反。为了探明该基因在氨基酸吸收和再分配中的调控机制,本项目拟:1)通过探究基因的组织表达、亚细胞定位和氨基酸底物等了解其在水稻有机氮适应中的作用;2)通过转基因植株在不同氮源水培,并对各部位氨基酸和总氮测定、转录组分析等确定其对氮吸收及分蘖芽生长的影响;3)通过氨基酸和总氮动态测定、组织形态观察和转录组等确定基因对水稻氮素再分配和叶片衰老与种子产量的调控作用。本项目旨在揭示OsATL4基因在氨基酸营养吸收与利用上的调控作用,为水稻分蘖和产量的形成提供理论和实践基础。
英文摘要
Amino acid transporters play an important role in the absorption, transport and utilization of amino acids in plants, affecting plant growth, development and yield formation. In this study, we found that the promoter sequences of the amino acid transporter gene OsATL4 had three types in natural variation of rice, and there was a correlation between transcription expression levels in these Haps with tiller number and grain yield. Over-expression of OsATL4 resulted in decreasing of tiller number and grain yield, promoting of leaf senescence, whereas knock-out of OsATL4 exhibited the opposite result. In order to find out the regulatory mechanism of the gene in amino acid absorption and reallocation, firstly, gene expression in tissues, subcellular localization and amino acid specific substrate transport will be performed for understanding the role of gene in rice organic nitrogen adaptation. Secondly, the growth of rice transgenic plants under different nitrogen treatments, amino acid concentration, total nitrogen and RNA-seq will be measured for effection of nitrogen absorption and tiller bud growth. Finally, dynamic amino acid and total nitrogen concentration, morphology observation, and RNA-seq will be determined for nitrogen reallocation, leaf senescence and grain yield. This study would be helpful to further understand the regulatory role of OsATL4 in the regulation of amino acid absorption and utilization. Besides, it would also provide valuable theoretical and practical basis for improving rice tillering and grain yield in rice.
氨基酸是高等植物氮素利用的重要形式,主要通过氨基酸转运蛋白转运。本研究分析了水稻氨基酸转运基因OsATL4在水稻种质资源中的自然变异,确定了其时空表达特征和底物转运特性,解析了其在水稻氮素吸收及再分配中的调控作用。主要结果为:OsATL4的启动子序列在498份水稻种质资源中存在差异,OsATL4在粳稻中的表达量较高,且与分蘖数和单株产量呈负相关。OsATL4在基部、叶鞘、茎和幼穗中表达较高,其两个剪接体蛋白定位于细胞膜。OsATL4a(长剪接体)对氨基酸Ser、Leu、Phe和Thr具有较高的亲和力,而OsATL4b(短剪接体)对Ser、Leu和Phe具有较高的亲和力。敲除OsATL4促进腋芽生长、水稻分蘖和籽粒产量,而超表达株系则表现出相反的表型。外源施用低浓度Ser促进超表达株系腋芽生长,而高浓度Ser则抑制腋芽生长,突变株系则表现出相反的表型。OsATL4表达改变影响了氮代谢、生长素、细胞分裂素和叶片衰老途径中基因的表达,并影响了氨基酸和总氮含量,进而调控氮素吸收和再分配过程,最终负调控了水稻单株产量。结果为利用基因编辑技术促进水稻分蘖和增产提供新的理论基础。本项目资助下培养了硕士研究生7名,相关结果共发表中科院一区和二区SCI论文7篇、中文核心论文1篇,授权发明专利1项,项目主要研究结果发表在中科院一区SCI期刊Crop Journal上。
转录因子GRF4通过GS2、AS2和AAP14协同调控水稻氨基酸同化及运输的生理与分子机制
  • 批准号:
    32560065
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    33.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    黄玮婷
  • 依托单位:
国内基金
海外基金