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铵态氮与硝态氮是植物能够吸收利用的两种主要形态的氮素。大量的研究表明,铵态氮和硝态氮都是重要的信号物质,在调节植物生长、养分吸收以及代谢等过程中起着重要作用。硝态氮信号反应基本上是由N03-引起,然而铵调控是由铵吸收和非原质体的pH的变化引起的。本研究以水稻叶片为材料,运用mRNA差异显示技术(mRNAdifferentialdisplay,DDRT-PCR)比较研究了NH4+/N03-下水稻叶片基因表达差异,旨在了解水稻对NH4+与N03-信号反应的区别。主要研究结果如下:
1.mRNA差异显示技术的改进:对酶源选择、PCR条件、聚丙烯酰胺凝胶的制备、银染等方面进行了修改。提高了实验的重复性,降低了实验的假阳性。
2.NH4+/N03处理条件下,水稻叶片中的基因表达差异
N03下硝酸还原酶(nitratereductase)基因表达被诱导提高。已知硝酸还原酶是一个诱导酶,受其底物所诱导,因此N03-下硝酸还原酶基因的表达量高于NH4+下是预料中的结果。
在N03-下抗坏血酸过氧化物酶(ascorbateperoxidase)基因表达高于NH4下,意味着硝态氮下抗坏血酸分解代谢加强,硝态氮下的高草酸含量是否与抗坏血酸分解代谢有关有待进一步研究。NH4+下NADH脱氢酶(NADHdehydrogenase)的表达量比N03-下高,意味着可能在NH4+下水稻的交替呼吸途径增强,最近已有类似的报道。
NH4+下磷酸转移酶系统(PTS)基因表达诱导提高,而N03-下糖原去分枝酶(Glycogendebranchingenzyme)、乙醇脱氢酶(putativealcoholdehydrogenase)、二氢硫辛酸乙酰转移酶(dihydrolipoamideS-acetyltransferase,putative)、ATP/ADPtranslocator基因表达被诱导提高。意味着可能NH4下糖酵解代谢加强,而N03-下TCA循环加强,能量代谢较强。
NH4+下GDP解离抑制因子(GDPdissociationinhibitorproteinOsGDll)和锌指蛋白(putativezincfingerprotein)基因表达上调,而N03-下,有丝分裂原激活的蛋白激酶(putativemitogen-activatedproteinkinasekinase)基因表达上调。这三个基因均在信号转导中起重要作用,提示NI-14+/N03-调控着不同的下游信号途径。
通过DDRT-PCR技术分离到的上述n个基因可以作为候选基因,为今后进一步筛查及确认奠定了基础。