马尾松幼苗根对NO₃^--N和NH₄⁺-N响应的转录组和蛋白质组学研究

【作者】 任启飞； 周鑫伟； 周运超；

【机构】 贵州大学森林与环境研究中心； 贵州省植物园；

【摘要】 氮（N）是植物生长必需的养分,土壤氮含量及形态（NO₃^--N和NH₄⁺-N）配比不同会影响植物种类的分布。马尾松（Pinus massoniana Lamb.）是中国南方森林的先锋植物之一,已有研究表明马尾松在NH₄⁺-N含量较高的土壤中生长较好。我们采用改良稀释后的霍格兰营养液,控制总氮浓度为1mm·L-1,设置T1（NO₃^--N）、T2（NO₃^--N+NH₄⁺-N）、T3（NH₄⁺-N）三个处理水培马尾松幼苗,并进行转录组和蛋白质组比较分析来观察马尾松幼苗根差异特征。转录组和蛋白质组分析分别鉴定了1593和71个差异表达的基因和蛋白质,总的来说马尾松幼苗根在含有NH₄⁺-N的处理中表现较好。根形态表现与差异表达的基因、蛋白质共同说明当NH₄⁺-N作为马尾松幼苗的唯一氮源供时,NH₄⁺转运体和其他非特殊NH₄⁺通道的表达增加,促进马尾松幼苗对更多NH₄⁺-N的吸收,同时刺激马尾松幼苗侧根分枝,从而增加的根尖数量,根的形态表现与乙烯反应转录因子WRKYs和MADS-box的表达相关。马尾松幼苗根对NH₄⁺-N环境的适应是由于在高NH₄⁺的环境中苹果酸合酶和苹果酸脱氢酶的高表达,促进了TCA循环,而根将吸收积累的N源不断应用到天冬酰胺的生产中来进一步调控植物对NH₄⁺-N的吸收,此外黄酮和黄酮醇等的生物合成途径受到不同程度的调节以响应NH₄⁺-N的胁迫。最后,谷胱甘肽s-转移酶基因的变化表明谷胱甘肽循环在清除过量NH₄⁺-N诱导的胁迫中起到了作用。这些结果表明,马尾松在较高NH₄⁺-N下生长时,通过增加N同化而生长,它还能通过参与天冬酰胺的生物合成和谷胱甘肽循环来耐受较高的NH₄⁺-N含量。更多还原