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摘要氮素是植物生长发育必需的营养元素，氮素供应不足会导致作物减产。研究植物在低氮胁迫下的作用机制对于减少产量损失具有重要的意义。G蛋白介导的跨膜信号转导机制是生物体信号级联反应的重要组成部分，但G蛋白复合体调控植物氮代谢的分子机制仍然未知。本研究通过分析GPA1与NRT1.4的关系阐明GPA1调控植物低氮胁迫响应的作用机制。另一方面，谷子具有抗旱、耐瘠薄的特点。然而，谷子抗逆功能基因组研究仍然较少。前期工作我们筛选到谷子低氮胁迫响应相关的转录因子基因SiMYB3。本研究对SiMYB3基因的功能及作用机制进行进一步分析。主要研究结果如下:<br>　　1.拟南芥GPA1负向调控植物低氮胁迫耐性。GPA1基因全长1152 bp,编码383个氨基酸,分子量为44.5 kD。在正常生长状态下，gpa1突变体叶片宽度略高于WT。在氮饥饿条件下，gpa1突变体的鲜重和叶绿素含量均高于WT，表现出耐低氮胁迫的表型，证明GPA1在植物耐氮胁迫信号途径中发挥负调作用。<br>　　2.GPA1与NRT1.4在细胞膜上互作。采用酵母双杂交系统筛选GPA1的互作蛋白，获得硝酸盐转运体NRT1.4。NRT1.4基因全长1734 bp,编码577个氨基酸，分子量63.6 kD。NRT1.4和GPA1蛋白都定位于细胞膜。酵母双杂交、pull-down和BiFC试验结果显示GPA1和NRT1.4互作。<br>　　3.在植物低氮胁迫响应途径中NRT1.4处于GPA1下游。用RNAi干扰的方法获得单突变体nrt1.4和双突变体nrt1.4 gpa1。对WT、gpa1、nrt1.4和nrt1.4 gpa1进行低氮胁迫处理，结果显示，gpa1突变体的鲜重稍高于WT,nrt1.4的鲜重比gpa1以及WT都要高，双突变体nrt1.4 gpa1与nrt1.4表型类似，证明NRT1.4也是负向调控植物低氮胁迫耐性，在植物低氮胁迫响应途径中NRT1.4处在GPA1下游。在低氮条件下，gpa1、nrt1.4和nrt1.4 gpa1根毛区的NO3-外排量低于WT,表明突变GPA1和NRT1.4减少硝酸盐外排，有利于植株的生长。GUS染色结果显示，GPA1和NRT1.4启动子都能在叶脉及叶柄部表达，GPA1主要在老叶中表达，NRT1.4在老叶及新叶都有表达。<br>　　4.GPA1与另外一个硝酸盐转运体NRT1.7互作。拟南芥硝酸盐转运体NRT1.7主要负责老叶中硝态氮向新叶中的再分配。酵母双杂交结果显示，NRT1.7和GPA1互作。<br>　　5.谷子SiMYB3基因间接调控生长素合成基因TAR2基因的表达。对谷子SiMYB3蛋白序列构建系统进化树，发现在拟南芥中与SiMYB3同源性最高的基因为AtMYB9。拟南芥T4R2基因全长1323 bp,编码440个氨基酸，分子量为50 kD。TAR2的启动子区存在MYB转录因子核心识别元件P-box(CCTTTTG)。凝胶阻滞实验(EMSA)发现SiMYB3蛋白与TAR2启动子DNA探针在体外不能结合。<br>　　6.低氮胁迫下，谷子SiMYB3基因过表达植株与TAR2基因过表达植株根系表型类似。对SiMYB3和TAR2过表达植株、myb9突变体进行低氮胁迫处理，结果表明:SiMYB3过表达植株和TAR2过表达植株的总根长和侧根数均显著大于WT,myb9突变体的总根长和侧根数与WT无差异。SiMYB3和TAR2过表达植株的根系形态相似，都表现侧根数明显增多。结果表明，SiMYB3转基因拟南芥植株促进了植株根系的发育，SiMYB3通过控制TAR2基因的表达调控植物对低氮胁迫的耐性。<br>　　总之，植物G蛋白α亚基GPA1在细胞膜上通过与硝酸盐转运体NRT1.4互作调控植物在低氮胁迫条件下的耐性。谷子低氮胁迫响应转录因子基因SiMYB3通过调控生长素合成基因TAR2的表达正向调控植物对低氮胁迫的耐性。以上结果为揭示植物低氮胁迫响应遗传网络打下基础。