水稻OsNAR2.1参与硝酸盐调控根系生长的机制

水稻具有发达的根系通气组织和强烈的根表、根际硝化作用，因此推测在实际土壤条件下水稻根系处于NH4＋、中低浓度NO3－营养中。NO3－的存在能促进水稻根系的生长，这对于提高水稻的氮素吸收利用具有重要意义。采用两个水稻nar2.1-RNAi突变体株系，研究突变体根系对不同N浓度、不同形态N的响应，应用RT-PCR和转基因的方法研究相关基因的表达水平及表达模式；揭示OsNAR2.1基因沉默后抑制水稻根系生长是因为OsNAR2.1参与了NO3-的信号传导还是由于基因沉默导致的吸收下降引起的营养缺乏引起的；研究突变体根系生长素(IAA)浓度对不同N浓度、不同形态N的响应，通过荧光蛋白（GFP）标记研究OsPIN基因表达模式和蛋白在细胞中的极性分布来揭示内源激素IAA极性运输与NO3-调控水稻根系生长的关系，进而从生理和分子角度阐明NO3-调控水稻根系生长的可能机制。

水稻具有发达的通气组织和强烈的根际硝化作用，因此在实际土壤条件下水稻根系处于NH4＋、中低浓度NO3－营养中。NO3－的存在能促进水稻根系生长，但其中的分子机制并不清楚。本项目利用 nar2.1-RNAi突变体两个株系来研究NAR2.1是否参与NO3－调控水稻根系的生长。结果表明，与野生型（WT）水稻相比，0.2和0.5mM NO3-处理下突变体的总根长显著降低，降幅为30%。在 5mM NO3-处理下，突变体与 WT的总根长差异不显著。进一步的研究表明在低浓度NO3-条件下突变体根长降低的原因主要为侧根发生被抑制。系列浓度梯度供应15N-NO3-的研究结果表明，当WT和突变体根系的15N浓度相同时，突变体侧根长度和数目均显著低于WT，这表明NAR2.1基因还可能通过信号传导途径影响侧根发生；与WT相比，低浓度NO3-条件下突变体根系NRT2.1、NRT2.2和NRT2.3a表达量显著下降。利用我们创建的NRT2.1/2.2的超表达和沉默材料以及NRT2.3a的沉默材料的研究结果表明，与WT相比，在低浓度NO3-条件下他们的侧根发生均没有显著变化，这说明nar2.1突变体侧根发生的抑制不是因为突变体NRT2.1-2.3a的表达下调引起的；利用我们创建的NAR2.1超表达材料的研究结果进一步证实了NAR2.1确实参与了NO3-调控水稻侧根的发生。与WT相比，0.2mM NO3-处理下NAR2.1超表达株系的侧根密度显著增加，增幅为40%；与WT相比， 0.2mM NO3-处理下转有DR5::GFP的超表达材料根尖的GFP表达显著增强，这表明NAR2.1超表达后显著促进了生长素向根尖的运输。与此相对应的是，超表达材料根系的PIN1c和PIN10表达水平显著比WT的高，这意味着NAR2.1超表达后显著促进了PIN1c和PIN10的表达进而改变了生长素在根尖的分布，从而促进了根尖侧根的发生。综上所述， NAR2.1确实参与了硝酸盐调控水稻根系生长。.已发表SCI刊源的论文5篇，中文核心期刊1篇，国内发明专利1项；还有一篇文章(Rice NAR2.1 participates nitrate regulating lateral root outgrowth)已投寄到Journal of Experimental Botany，正在第一轮修改中。培养2名博士，4名硕士。