解析OsNAR2.1提高水稻氮素利用效率的生物学机制

OsNAR2.1 is a parter protein for OsNRT2 family genes and cooperates with OsNRT2 genes in nitrate transport. The previous results showed that over expression of OsNAR2.1 will increase yield and nitrogen use efficiency (NUE) in the field condition. This project will be focused on the interaction molecular biology of OsNAR2.1 and OsNRT2 and the plant physiological and molecular mechanize of its over expression in rice. After mutations on OsNAR2.1 gene, the interaction motif in OsNAR2.1 with OsNRT2 genes was investaged; new candidate interaction protiens will be discovered in the pull down data through the test of yeast hybridation; N15 labled nitrogen source will be applied to study the NUE of over expression lines in field and hydroponic condtions; the crossing of OsNRT2 and OsNAR2.1 mutant plants will illustrate the biological function of OsNRT2 genes in OsNAR2.1 over expression lines. We wish to dig out the biological function of OsNAR2.1 in rice with all above experiments.

OsNAR2.1 是硝酸盐运输蛋白OsNRT2家族基因的伴侣蛋白，协助OsNRT2家族基因对硝酸盐进行跨膜运输, 前期结果表明OsNAR2.1转基因水稻田间条件下可以显著提高最终产量和氮素利用效率。本项目围绕OsNAR2.1与OsNRT2等蛋白互作功能以及过量表达后的生理分子机制进行深入研究。利用OsNAR2.1 突变基因分析它与OsNRT2家族基因可能互作的位点，利用酵母双杂验证pull down结果，挖掘新互作蛋白；通过田间和水培实验15N标记等分析OsNAR2.1转基因材料氮素吸收利用过程；将过表达株系与OsNRT2家族基因突变体杂交分析后代表型，明确介导OsNAR2.1过表达后的生物学功能中OsNRT2基因的贡献。综合上述实验，试图挖掘OsNAR2.1在水稻中的生物学功能。

本项目在国际期刊发表英文论文五篇，其中SCI论文八篇（影响因子累计48.26），已经投稿SCI在审一篇，准备投稿Sci 论文二篇。另外发表中文核心期刊论文2篇，申请国际专利一项。揭示了OsNAR2.1在水稻中通过与互作蛋白的硝酸盐运输蛋白协同表达与蛋白互作，从而影响氮素利用的生物学功能。. 主要研究结论如下： 1）通过点突变和切割突变，利用酵母双杂试验，BIFC，蛙卵异源表达，亚细胞定位和蛋白杂交western blot等技术和手段发现了OsNAR2.1上R100， D109是两个关键氨基酸控制与NRT2家族蛋白互作；2）通过对OsNAR2.1突变体根系分析，发现OsNAR2.1体内IAA含量降低，抑制侧根的发育和伸长；3）通过对pull down获得候选蛋白的分析，发现与OsNAR2.1互作的新蛋白.参与IAA合成的OsNIT蛋白调控了侧根发生和发育，可能是将硝酸盐信号与侧根发育直接分子证据；4）利用OsNAR2.1与NRT2家族基因的蛋白互作原理，设计可以将上述两种蛋白同步表达的水稻材料，获得了OsNAR2.1启动子启动OsNRT2,1及OsNAR2.1启动OsNAR 2.1的可以显著提高氮素吸收和转运的转基因材料；5）对OsNAR2.1互作新蛋白OsNRAMP3的功能分析，发现该基因参与水稻体内特别是籽粒中的锰的积累，后续工作准备明年投稿。