生菜NRT2/3的生物信息及功能的初步验证OA北大核心CSTPCD

【目的】硝态氮是旱地植物的主要氮源,NRT2/3是植物吸收硝态氮、调节氮素吸收的重要蛋白家族。本研究对生菜NRT2/3家族成员进行鉴定,并研究各成员基因理化性质、基因结构等生物信息和其在蔬菜生长中的功能。【方法】在NCBI网站(https://www.ncbi.nlm.nih.gov)查询并下载拟南芥、水稻的NRT2/3及已被注释的生菜NRT,通过生物信息学手段鉴定生菜NRT2/3家族成员,并使用DNAMAN软件对生菜和拟南芥的NRT2/3蛋白进行多序列比对,使用MEGA11软件对生菜、水稻和拟南芥的NRT2/3蛋白进行多序列比对,并构建系统发育树。通过在线软件对生菜NRT2/3家族蛋白理化性质、功能结构域、保守基序、亲水性、顺式作用元件、基因结构和染色体定位进行分析,对生菜NRT2/3家族蛋白二级结构、磷酸化位点和跨膜区域进行预测。选用‘意大利’和‘绿雅’两个品种生菜为试材,根据本课题组前期转录组测序结果选取表达量相对较高的NRT2/3基因,进行表达分析:1)将生长至20天的两个生菜品种幼苗定植于培养基质中,用4个不同浓度NO_(3)^(−)(0、0.35、0.7和11.5 mmol/L)浇灌处理,研究NRT2/3表达水平;2)利用TRV-VIGS瞬时沉默,降低该基因在两种生菜中的表达水平,然后将两种生菜移栽于正常NO_(3)^(−)水平的营养液中,生长21天后收获,调查NRT2/3家族TRV-VIGS沉默后生菜的生长状况。【结果】本研究共鉴定出8个生菜NRT2/3家族成员,包括7个LsaNRT2蛋白和一个LsaNRT3.1蛋白,它们不均匀分布在4条染色体上,其蛋白理化性质、功能结构域、跨膜区域、磷酸化位点、顺式作用元件和基因结构等基本符合NRT2/3家族共有的特征。转录组测序结果显示,两个生菜品种的LsaNRT2.4和LsaNRT3.1基因在叶片中的表达水平相对较高。LsaNRT2.4和LsaNRT3.1基因能够在一定程度上响应低浓度NO_(3)^(−)。VIGS沉默后的生菜LsaNRT2.4和LsaNRT3.1表达量均显著下降,株高、叶长、叶宽、叶绿素a含量和叶片硝酸盐含量也显著降低,其中沉默生菜LsaNRT3.1后的叶片硝酸盐含量显著低于沉默生菜LsaNRT2.4后的叶片硝酸盐含量。通过表型观察发现,VIGS沉默后的生菜出现了叶片小、叶片尖端干枯等症状,其中沉默LsaNRT3.1后的生菜具有更明显的表型效应。【结论】鉴定出的8个生菜NRT2/3家族成员大多数特征符合植物NRT2/3家族共有的特征,其中LsaNRT2.4和LsaNRT3.1基因在叶片中的表达量明显高于其他6个基因;LsaNRT2.4和LsaNRT3.1在生菜硝酸盐吸收以及对缺氮和低氮胁迫的快速反应中起着关键作用,尤其是在根部的表达中。LsaNRT2.4和LsaNRT3.1基因表达的上调改善了生菜的氮吸收和生长。