OsVTC1与OsAUX1响应水稻耐铵信号cross-talk的分子机制

On account of excessive application of nitrogen in soil，ammonium (NH4+) accumulate short-term excessively and produce ammonium toxicity seriously , this affects the normal growth and development and decrease yield of crop seriously. Therefore, to analyze the mechanism of ammonium resistance is of great significance and practical value. However, the current research focuses on the key factors of ammonium resistance pathways and its regulatory mechanisms. There are few studies focusing on the relationship between the development and growth of root and ammonium resistance mechanisms. This project will focus on rice ammonium resistant key gene OsVTC1 and important root growth regulatory genes OsAUX1, build OsVTC1-OE and OsAUX1-OE, osvtc1 and osaux1 mutants and osvtc1 /osaux1 double mutant through transgenic and genetic hybridization, combine with plant nutrition, plant physiology, genetics and genomics research, undercover OsAUX1 and OsVTC1 molecular physiological genetic cross-talk mechanisms in ammonium resistant signal and look for possible node genes. This project will be a new entry point for the study of plant ammonium resistance mechanisms and nitrogen efficient use, and also an important theoretical significance in improving nitrogen use efficiency.

氮素过量施用导致土壤中铵态氮(NH4+)短期过量积累进而产生高铵毒害，严重影响了作物的正常生长发育，给粮食生产带来风险，因此剖析作物耐铵机制具有十分重要的科学意义和实践价值。但是，目前相关研究主要集中在作物耐铵途径关键因子及其调控机制，而从与作物根系形态相结合的角度，研究根系生长发育与植物耐铵机制之间相互关系的相关分子机制较少。本项目将以水稻耐铵关键基因OsVTC1和根系生长发育的重要调控基因OsAUX1为研究对象，利用转基因及遗传杂交技术，构建OsVTC1 和OsAUX1过表达、单突变及双突变体株系，应用植物营养学、植物生理学、遗传学和基因组学等技术手段研究OsVTC1与OsAUX1响应水稻耐铵信号cross-talk的分子生理遗传机制，寻找可能存在的节点基因，有望为研究植物耐铵机制和氮的高效利用找到新的切入点，对于提高氮肥利用率有重要的理论意义。

氮素过量施用导致土壤中铵态氮(NH4+)短期过量积累进而产生高铵毒害，严重影响了作物的正常生长发育，因此剖析作物耐铵机制具有十分重要的科学意义和实践价值。通过近三年的研究，我们发现OsVTC1、OsAUX1突变体osvtc1、osaux1高铵条件下生长发育受到抑制且增加高铵敏感性，细胞内游离NH4+离子含量增多；同时osvtc1和osaux1高铵条件下分生区NH4+ 离子外排增加，这也伴随着osvtc1和osaux1高铵条件下15NH4+ 原子百分超和15N含量明显降低。与此同时，我们检测到osvtc1和osaux1高铵条件下生长素含量降低且相关信号被抑制，通过突变体高铵条件下RNA-Seq分析，并结合已有的芯片结果，我们找到了疑似的节点基因OsWRKY34。利用CRISPR/Cas9构建其突变体oswrky34，我们初步证明了该转录因子不仅参与调节水稻的耐铵过程，同时也参与调节水稻的生长发育。此外，我们在原核系统中证明OsVTC1.3通过糖基化修饰调节铵离子代谢关键酶OsGS1.2 (谷氨酰胺合成酶)的酶活性。这些研究结果为研究植物耐铵机制和氮的高效利用找到新的切入点。