菊花硝酸盐高亲和运输蛋白基因家族CmNRT2s克隆与功能鉴定

菊花是我国十大传统名花和世界四大切花之一，观赏和经济价值极高。硝态氮是决定切花菊产量和品质的关键。本拟申请项目以自主培育的氮素高效利用切花菊品种'南农雪峰'为材料，同源克隆菊花硝酸盐高亲和运输蛋白基因家族成员CmNRT2.1和CmNRT2.2（统称为CmNRT2s）及其启动子区；采用qRT-PCR技术研究其组织器官表达特点；研究硝酸盐、谷氨酰胺以及基于启动子区顺式作用元件设置的外界因子对CmNRT2s的调控表达特性；通过CmNRT2s RNA原位杂交试验，CmNRT2s正义表达载体转化拟南芥，以及进行CmNRT2s单独或与硝酸盐运输协同作用基因CmNAR2.1（本课题组已克隆获得）同时在蛙卵中异源表达的系列试验进行目的基因功能鉴定。阐明菊花CmNRT2.1、CmNRT2.2的表达特点与功能特征。本申请项目的实施可为菊花硝态氮高效利用的分子机制阐明和氮素营养分子育种奠定基础。

菊花是我国十大传统名花和世界四大切花之一，观赏和经济价值极高，但切花菊设施周年生产过程中，普遍存在氮肥过度施用、氮肥利用率低和氮素损失严重等问题，严重影响切花产量与品质，并导致水系统富营养化及土壤次生盐渍化。为此，本研究从氮高效吸收切花菊品种‘南农雪峰’中克隆了CmNRT2家族2个基因，命名为CmNRT2.1和CmNRT2.4；通过TAIL-PCR结合Anchored-PCR方法克隆了CmNRT2.1和CmNRT2.4基因的启动子，长度分别为1658 bp、1413 bp，发现基因启动子区包含有硝酸盐诱导的调控元件和氮代谢调控元件；菊花CmNRT2.1和CmNRT2.4基因受硝酸盐、铵盐诱导表达，但诱导表达作用受谷氨酰胺的抑制；通过泛素分裂化系统酵母双杂交、双分子荧光互补实验和蛙卵异源表达实验证实CmNAR2.1分别与CmNRT2.1、CmNRT2.4互作；转超表达CmNRT2.1和CmNRT2.4基因拟南芥，其硝酸盐的吸收较野生型明显增加，植株鲜重高于野生型。培养研究生3名，发表SCI论文7篇。申请国家发明专利3项。获得江苏省科学技术奖一等奖1项，江苏省农业技术推广奖一等奖1项。通过农业部鉴定1项。