一个编码两个硝酸盐运输蛋白的水稻基因：剪切机制和功能

植物在旱地和水田的主要氮源分别为硝态氮和铵态氮。有别于旱地植物，水稻具发达的根系通气组织和强烈的根表、根际硝化作用，因此推测淹水栽培的水稻根实际持续吸收硝态氮和铵态氮。然而水稻硝酸盐运输蛋白的功能尚未报道。我们发现水稻同一个硝酸盐运输蛋白基因OsNRT2.3通过剪切可同时编码OsNRT2.3a和OsNRT2.3b；前者主要在根系表皮和中柱表达；而后者在叶片韧皮部表达，过量表达OsNRT2.3b及其显著提高水稻氮利用和产量。本项目将通过缺失和突变其内源启动子，与GUS报告基因融合转化水稻，原位杂交和Western Blot分析确定OsNRT2.3a和OsNRT2.3b的转录调控机制；通过OsNRT2.3a-RNAi敲除鉴定其在硝酸盐调控根系发育中的生理功能；通过分析OsNRT2.3b超表达对体内代谢物质及其相关基因表达影响确定其氮高效和高产的协调机制，为分子遗传改良提高氮利用率提供关键基因。

硝态氮是包括水稻在内的两个最为重要的氮源之一，然而水稻硝酸盐运输蛋白的功能尚未报道。本项目利用我们前期发现的水稻中同一个硝酸盐运输蛋白基因OsNRT2.3通过剪切可同时编码OsNRT2.3a和OsNRT2.3b的基础上，通过蛙卵异源表达体系、水稻转基因等电生理和分子生物学技术途径，深入揭示了两者的表达调控特征和生理功能差异。研究发现OsNRT2.3a和OsNRT2.3b都是水稻原生质体细胞质膜定位的跨膜蛋白，前者主要是在硝态氮供应条件下的根部木质部的薄壁组织表达，而后者主要是在地上部的韧皮部表达。通过对OsNRT2.3a RNAi沉默突变体的分析表明，OsNRT2.3a基因沉默不会显著影响外界低NO3-条件下水稻根系对NO3-的吸收，同时OsNRT2.3a也没有参与硝酸盐从老叶(氮源)到新叶(氮库)的再移动。但OsNRT2.3a基因的沉默会抑制NO3-从地下部往地上部的转运，从而导致水稻根系NO3-的积累，进而间接下调OsNRT2.1/2.2的表达量，减少根系从外界环境中吸收硝酸盐，最终严重抑制水稻的生长与发育。通过OsNRT2.3a和OsNRT2.3b的超表达转基因水稻植株的表型发现单独超表达OsNRT2.3a基因的转基因植株与野生型水稻相比没有明显的表型差异，而单独超表达OsNRT2.3b基因的转基因植株与野生型水稻相比株型显著增大。OsNRT2.3b超表达不仅能提高水稻氮素积累总量和后期氮素转运的数量与比率，而且能显著促进水稻后期生长和提高产量。 我们的研究表明OsNRT2.3a主要在硝酸盐从地下往地上部的运输过程中起关键作用；而OsNRT2.3b对水稻体内地上部氮素分配转运起重要调控作用。