硝酸还原酶磷酸化位点S₅₃₂定向突变增强水稻幼苗的耐冷性

【作者】 韩瑞才； 徐志荣； 何汛锋； 石庆华； 吴自明；

【机构】 江西农业大学；

【摘要】 【研究背景】硝酸还原酶（Nitrate reductase, NR）是植物体内同化硝态氮的关键酶,其活性受翻译后磷酸化修饰调控,由光向暗NR活性迅速降低,减少了植株对硝态氮的吸收与同化。因此,研究水稻硝酸还原酶活性的磷酸化调控机制对提高水稻硝态氮同化能力和氮素利用率具有重要的实践意义。【材料与方法】以硝酸还原酶磷酸化位点S₅₃₂定向突变(Nia1-S₅₃₂-D、Nia1-S₅₃₂-A)和Nia1转基因株系为材料,研究了S₅₃₂定向突变对NR活性的影响,同时对低温胁迫（8℃）下水稻幼苗表型、叶绿素含量、氮素的吸收利用（NO₃^-、NO₂^-、NH₄⁺和游离氨基酸含量）、NR活性及活性氧代谢等生理生化指标进行测定分析。【结果与分析】S₅₃₂定向突变株系NR活性状态基本保持稳定,打破了内源NR活性变化的昼夜节律,Nia1转基因株系NR活性状态的日变化呈现先升高后降低的趋势;S₅₃₂定向突变株系NR活性高于Nia1转基因株系。正常生长条件下,S₅₃₂定向突变株系的株高、根长、干重和叶绿素含量均低于Nia1转基因株系;低温处理6d,S₅₃₂定向突变转基因株系的株高、根长、干重和叶绿素含量与Nia1转基因株系之间的差异减小;常温恢复生长3d后,S₅₃₂定向突变转基因株系的株高、干重和叶绿素含量高于Nia1转基因株系。对NR活性、氮素的吸收利用和活性氧代谢分析表明,与Nia1转基因株系相比,正常生长条件下S₅₃₂定向突变株系NR活性升高,NO₂^-积累量增加约3倍,H₂O₂和MDA含量显著增加;低温胁迫下S₅₃₂定向突变株系和Nia1转基因株系的NR活性和NO₂^-积累量降低,NO₃^-、NH₄⁺和游离氨基酸含量升高;低温胁迫后恢复生长3d,S₅₃₂定向突变株系NO₂^-、H₂O₂和MDA含量与Nia1转基因株系无显著差异,NH₄⁺和游离氨基酸的含量显著增加。【结论】正常生长条件下,硝酸还原酶磷酸化位点S₅₃₂定向突变造成的NR活性状态的改变和活性的升高加剧了植株内NO₂^-积累,抑制了水稻的生长;低温胁迫下NR活性降低,NO₂^-积累量减少,S₅₃₂定向突变转基因株系保持了较高的NH₄⁺和游离氨基酸的含量,增强了对低温胁迫的耐受性。更多还原