硝酸盐、脱落酸和赤霉素转运基因OsNPF3.1对水稻分蘖和氮利用效率至关重要
低亲和硝酸盐转运基因成员已在水稻硝酸盐转运基因1/肽转运基因家族(NPF)的4-8亚家族中鉴定出来,但OsNPF3亚家族在硝酸盐和植物激素转运及水稻生长发育上还不清楚。本研究中,我们发现硝酸盐和植物激素转运基因OsNPF3.1在水稻分蘖和氮利用效率上起重要作用。OsNPF3.1的启动子序列在517个水稻品种中具有4种主要单倍型,其表达与分蘖数呈正相关。OsNPF3.1在水稻基部、茎和叶片中的表达量高于其他部位,且在水稻根部和地上部分被硝酸盐、脱落酸(ABA)和赤霉素3(GA3)强烈诱导表达。电生理实验表明,OsNPF3.1是一种pH依赖的低亲和硝酸盐转运基因,且水稻原生质体摄取实验表明它是ABA和GA3的转运基因。OsNPF3.1过表达后在高硝态氮浓度下显著促进了ABA在根系的积累和GA在基部的积累,进一步抑制了腋芽的伸长和水稻分蘖。在中低硝态氮浓度下OsNPF3.1的过表达植株氮利用效率增强,而在高硝态氮浓度下OsNPF3.1的突变体植株氮利用效率增加。以上结果表明,OsNPF3.1在不同硝态氮浓度下的不同水稻组织中转运硝酸盐和植物激素。OsNPF3.1表达改变的过表达植株或CRISPR植株分别在低硝酸盐和高硝酸盐浓度下提高氮利用效率。
本文构建了一种基于图像的半自动的大田作物根系表型分析方法,包括图像采集、图像去噪与分割、特征提取和数据分析四个模块,能够提取5个全局特征和40个局部特征。通过对比人类统计的一级侧根分支数和本文构建的方法提取的结果,发现二者之间具有较好的一致性,R2高达0.97。在玉米/大豆间作系统中,基于该方法提取的根系表型特征参数,进一步发现玉米的种间优势主要表现在5-7轮节根基部5cm内,而间作系统对大豆的明显抑制作用主要体现在主根基部20 cm范围内。因此,本文为大田根系形态和拓扑表型特征的研究提供了一种高通量和高精度的新方法,可以潜在的应用于大田根系三维结构的重建,以及根系生长、溶质运输和水分吸收的模型模拟(例如OpenSimRoot)。