水通道蛋白在硝酸盐调控玉米水分运输中的作用研究

氮素是植物生长发育所必需的大量矿质元素。硝酸盐一方面是陆生植物吸收、利用氮素的主要形态，但同时它也具有很强的调控植物生理过程的能力。水通道蛋白是植物根系水分吸收运输的主要参与者和调节者。根际硝酸盐浓度的高低与植物根系水分的吸收运输关系密切；低浓度的硝酸盐抑制水通道蛋白的活性，降低根系水分的吸收运输，但硝酸盐调控水通道蛋白活性的机理尚不清楚。该申请项目拟以玉米为材料，利用压力室、压力探针和爪蟾蛙卵细胞表达技术，在根、细胞和分子水平，探讨乙烯、过氧化氢和一氧化氮在硝酸盐调控玉米水通道蛋白中的作用，解析三者间在硝酸盐调控玉米水通道蛋白中的信号通路网络关系，阐明硝酸盐调控玉米水通道蛋白介导的水分运输的调控机理。研究结果将为培育水分养分高效利用的作物新品种提供理论依据。

本项目前期工作以玉米为材料，研究了不同硝态氮供应条件下玉米根系水分吸收的特性，在此基础上探讨了植物激素乙烯在硝态氮调控玉米根系水通道蛋白影响根系水导率的机制。研究结果表明，高浓度的硝态氮增加玉米根系水导率和诱导根释放乙烯，抑制乙烯的合成降低硝态氮对根细胞水导率的促进作用，表明乙烯参与硝态氮调控玉米根系水分运输过程。我们在研究水稻抗逆功能基因的过程中，发现了水稻F-Box基因 （OsBbx352）参与调控水通道蛋白的功能，因此系统研究了该基因在水稻种子萌发过程中的作用。 OsBbx352基因的表达受ABA的上调，在水稻种子萌发中表达量增加，外源供葡萄糖能抑制其表达；葡萄糖对超表达该基因的种子萌发的抑制作用明显弱于野生型，进一步的研究发现OsFbx352能通过影响ABA的合成和分解改变葡萄糖依赖性的种子萌发过程中的ABA累积，从而改变其在萌发过程中对葡萄糖的依赖性。此外，我们的研究还发现了一个水稻受体类蛋白（OsMRC）参与调控铁吸收转运的新功能。超表达OsRMC通过调控铁响应相关基因的表达，能显著提高水稻的耐低铁能力，同时超表达OsRMC基因发水稻能显著提高水稻籽粒中铁和锌等微量元素的含量，在改良水稻铁营养具有重要的应用价值。标注该项目的成果已经有两篇论文发表在Journal of Experimntal Botany, 并获得了一项专利授权。