华南农大园艺学院陈日远：NMT发现BcAMT1;5促低氮下NH4+吸收，为揭示其调控氮吸收同化机制提供证据

---

 

基本信息

主题：NMT发现BcAMT1;5促低氮下NH₄⁺吸收，为揭示其调控氮吸收同化机制提供证据

期刊：Horticulturae

影响因子：3.1

研究使用平台：NMT植物营养创新平台

标题：BcAMT1;5 mediates nitrogen uptake and assimilation in flowering Chinese cabbage and improves plant growth when overexpressed in Arabidopsis

作者：华南农业大学陈日远，朱云娜，钟丽华，宋世威

 

检测离子/分子指标

NH₄⁺、NO₃^-

 

检测样品

拟南芥根（距根尖500 μm根表上的点）

 

供稿人简介

朱云娜，博士，讲师、农艺师。主要从事氮素营养对蔬菜生长发育及品质形成调控机理研究。主持国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广东省教育厅等项目8项，参与各级项目10余项。以第一作者及通讯作者在国内外学术期刊发表论文20余篇，授权实用新型专利3项，授权外观专利2项。

 

中文摘要

氮（N）是植物生长和蔬菜生产的主要限制因素。了解氮吸收、运输和同化的调节机制是提高植物氮利用效率的关键。铵转运蛋白（AMT）在植物氮代谢中发挥着重要作用。在本研究中，我们从菜心中分离出一个重要的 AMT1亚家族成员 (BcAMT1;5)，其具有AMT1亚家族高度保守的特征性基序。基于酵母突变体 31019b的功能互补和拟南芥中超表达BcAMT1;5试验结果，证明菜心BcAMT1;5 是一个具有功能的AMT家族成员。组织表达分析表明，BcAMT1;5主要在菜心根中表达，且受外源氮水平调控，BcAMT1;5受缺氮上调表达，而供NH₄⁺后则下调表达水平。利用BcAMT1;5启动子与GUS融合表达载体（BcAMT1;5pro::GUS）转化拟南芥植株，其GUS活性在不同氮素条件下表现出类似的变化规律。与野生型相比，超表达BcAMT1;5在低氮浓度下，促进转基因幼苗的生长，增加了NH₄⁺净流入，并提高了植株体内NH₄⁺、NO₃^-含量和积累量；此外，超表达BcAMT1;5还提高地上部氮同化相关基因表达水平。这些结果表明，BcAMT1;5可能参与菜心在不同氮素条件下的氮素吸收和同化，但其功能与其它AMT1存在明显差异。

 

离子/分子流实验处理方法

拟南芥幼苗在0.25 mM NH₄⁺、NO₃^-生长10d检测NH₄⁺吸收速率；

拟南芥幼苗在0.0625mM NH₄⁺+0.1875 mM NO₃^-生长10d检测NH₄⁺、NO₃^-吸收速率

 

离子/分子流实验结果

由于超表达BcAMT1;5明显影响植株体内NH₄⁺含量，推测可能对NH₄⁺的吸收速率也有影响，因此，使用非损伤微测技术（NMT）检测了转基因植株根系表面NH₄⁺吸收速率。在低浓度NH₄⁺处理下，超表达BcAMT1;5转基因植株根系表面检测的NH₄⁺吸收速率明显高于野生型的（图1）。

 

图1 在低NH₄⁺条件下，超表达BcAMT1;5对拟南芥NH₄⁺吸收速率的影响。负值代表吸收。

 

在混合氮源条件下，与野生型相比，超表达BcAMT1;5促进了植株根系对NH₄⁺吸收速率，但对NO₃^-吸收速率无明显影响（图2）。

 

图2. 在0.0625mM NH₄⁺ + 0.1875 mM NO₃^-条件下，超表达BcAMT1;5对拟南芥NH₄⁺、NO₃^-吸收速率的影响。负值代表吸收。
 

 

其他实验结果

• 菜心BcAMT1;5属于AMT1亚家族成员，定位于细胞膜上；
• 酵母功能互补试验表明，在酵母突变株31019b中表达BcAMT1;5，酵母突变株可以正常生长，表明BcAMT1;5为具有功能的AMT成员；
• 菜心BcAMT1;5具有明显根系表达特性，在其它组织表达量较低；
• 菜心BcAMT1;5表达水平受缺氮、供NH₄⁺等氮素浓度、形态影响；
• 菜心BcAMT1;5表达具有昼夜节律性；
• 菜心BcAMT1;5pro::GUS活性受氮素形态影响；
• 拟南芥中异源超表达BcAMT1;5,在低NH₄⁺条件下促进植株生长，促进NH₄⁺吸收、增加NH₄⁺含量；在20 mM铵类似物（MeA）下，超表达BcAMT1;5显著抑制植株生长；
• 在铵硝混合营养下，与野生型相比，超表达BcAMT1;5提高了植株根系对NH₄⁺吸收速率，对NO₃^-吸收速率无明显影响，但显著增加植株NH₄⁺、NO₃^-含量及积累量，明显提高了转基因植株地上部GLN、GDH等氮同化基因表达水平。

 

结论

从菜心分离的BcAMT1;5为具有功能的铵转运蛋白（AMT），为AMT1亚家族成员，在拟南芥中超表达BcAMT1;5可提高低氮条件下根系对NH₄⁺的吸收速率，促进氮素同化，但对NO₃^-的吸收速率无明显，与其它AMT1成员的功能表现不同。本研究为阐明AMT在植物中的功能及植物氮吸收、同化机制提供了参考。

 

测试液

0.1 mM CaCl₂, 0.3 mM MES, 0.25 mM NH₄Cl, pH 6.0;

0.1 mM CaCl₂, 0.3 mM MES, 0.0625 mM NH₄Cl, 0.1875 mM NaNO₃, pH 6.0

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

文章原文：https://doi.org/10.3390/horticulturae9010043

 

供稿：朱云娜

编辑：叶斌，刘兆义

 

关键词：NO₃^-；NH₄⁺；氮代谢；BcAMT1;5；吸收机制；植物营养；拟南芥；根；植物类

 

《《 返 回