草莓NRT家族基因的表达特征及其对不同氮形态的响应机制

The absorption and transport of nitrate nitrogen are key processes in plant nitrogen metabolism. Our previous results shown that NRT1.1, NRT1.5 and NRT2.7 genes have significant response to different nitrogen forms, which indicated that those genes are involved in strawberry regulation of nitrogen metabolism, but the exact molecular mechanism has not yet been elucidated. In this project, cDNA sequences of the genes will be amplified in ‘Benihoppe’ strawberry, and their bioinformatics analysis be carried out. Also, expression characteristics of the genes will be verified by temporal expression and response patterns to different nitrogen forms via real time PCR. Subcellular localization is applied to determine the protein location by transform tobacco and strawberry. Arabidopsis mutants (nrt1.1, nrt1.5, nrt2.7) will be recovery to the normal phenotype by overexpression of FaNRT1.1, FaNRT1.5 and FaNRT2.7, respectively. Meanwhile, by adopting the technology of gene expression and RNAi, the function of these genes will be verificated by overexpression and knock down. Further, this study would elucidate NRT transporters involved in regulation of nitrogen metabolism, and also lays an important foundation in the process of strawberry production section of nitrogen utilization and cultivation techniques.

硝态氮的吸收和转运是植物氮代谢的关键环节。前期研究表明，草莓NRT1.1、NRT1.5和NRT2.7基因对不同形态氮处理具有显著响应，推测参与草莓氮素代谢调控过程，但确切的分子机理尚未阐明。本项目拟以“红颜”草莓为试材，扩增FaNRT1.1、FaNRT1.5和 FaNRT2.7基因的cDNA全长序列，并进行生物信息学分析；采用实时定量PCR分析，探讨草莓NRT家族基因的时空表达特征，分析其对不同氮形态的响应模式；通过转化烟草和草莓，对基因表达蛋白进行亚细胞定位分析；利用拟南芥缺失突变体，观测转化NRT基因后植株的表型恢复情况，同时，采用基因超表达和RNAi技术，分析转基因草莓植株体内氮积累情况并进行分子检测，对供试草莓NRT家族基因进行功能验证。本研究不仅对于阐明NRT转运蛋白参与草莓氮素代谢调控的分子机理，而且对草莓生产过程中氮素高效利用以及节肥栽培技术，都具有重要的研究意义和应用价值。

硝态氮的吸收和转运是植物氮代谢的关键环节。其中硝酸盐转运蛋白（NRT）发挥重要作用。项目从不同氮处理对草莓生理生化和转录组方面的影响、草莓 NRT 家族基因的克隆与生物信息学分析 、基因的时空表达分析及对氮形态的响应模式 、基因表达蛋白的亚细胞定位分析、基因的遗传转化与功能验证和启动子克隆几方面展开。研究表明：不同氮形态对草莓植株生长和果实品质都有一定影响；根据‘Camarosa’ 草莓基因组，共注释八倍体草莓NRT基因NRT1/PTR类199个、 NRT2类（31个）、NRT3类（12个）；红颜草莓FaNRT1.1、FaNRT1.5和FaNRT2.7的cDNA克隆分别得到1799bp、1791bp和1416bp的基因；FaNRT1.1和FaNRT1.5在老叶和未展叶中的相对表达量最高，FaNRT2.7在旺盛生长的功能叶、幼根和成熟果中相对表达量最高；对NO3--N和NO3--N + NH4+-N处理后FaNRT基因表达上升；不同氮处理缺氮2天的草莓后，FaNRT1.1基因表达量均先下降再恢复，NO3--N处理后FaNRT1.5基因表达量先上升载恢复，不同氮处理后FaNRT2.7基因表达量会显著上升；目前鉴定到FaNRT1.1、FaNRT1.5和 FaNRT2.7 T0代过表达植株0棵、3棵和1棵，干扰植株0棵、3棵和1棵，得到T2代过表达基因纯合的拟南芥苗3个株系；克隆到539bp、571bo和548bp草莓 FaNRT1.1、FaNRT1.5 和FaNRT2.7 基因的启动子。项目中发表论文2篇，获得国家发明专利2项。本研究不仅对于阐明NRT转运蛋白参与草莓氮素代谢调控的分子机理 ，而且对草莓生产过程中氮素高效利用以及节肥栽培技术，都具有重要的研究意义和应用价值。