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最新观点|铵转运体AMT1提高氮同化和乙烯信号增强水稻对纹枯病的防御

作者:邢嘉鹏,张娟

近日,沈阳农业大学玄元虎教授团队于国际学术期刊Plant Biotechnology Journal上在线发表了题为Ammonium transporter 1 increases rice resistance to sheath blight by promoting nitrogen assimilation and ethylene signaling的研究论文,该研究探究了水稻中氨转运蛋白AMT1;1介导NH4+积累、氮代谢及乙烯信号在防御ShB过程中的功能,解析了AMT1;1增强水稻对纹枯病(ShB)防御新机制。

作者从Ds转座子插入突变体库中分离了一个叶片呈淡绿色的ShB易感突变体(图A),经鉴定该突变体中AMT1;1的第358位天冬氨酸(D)替换为天冬酰胺(N),且铵含量积累显著减少(图B)。经鉴定AMT1;1D358N是一个显性负性突变体(dominant-negative mutant)能够与AMT1;1,AMT1;2,AMT1;3互作抑制其对NH4+的转运,进而影响水稻对ShB的防御(图C)。进一步分析发现AMT1调节水稻的防御不是直接通过NH4+而是通过氮代谢间接实现包括促进氨基酸和叶绿素的合成(图D)。此外,研究发现乙烯合成基因(ACO2, ACO3)和信号转导基因(EIN2, EIL1, ERFs)的表达受AMT1;1调节,同时乙烯信号也能够反馈调节AMT1;1的表达(图E)。因此,铵转运蛋白AMT1提高氮同化和乙烯信号增强水稻对纹枯病的防御,是理论上的创新。

该研究还发现在中低氮水平条件下,AMT1;1 OX抗病能力增强,氮含量升高,AMT1;1 RNAi抗病能力减弱,氮含量降低;在高氮水平条件下,两者的抗病程度及氮含量与野生型之间无显著差异(图F)。此外,在低氮水平条件下,过表达AMT1;1增加氮利用效率(NUE)和产量(图G)。因此,在低氮条件下,水稻中超表达AMT1可同时提高氮利用效率、抗病能力及水稻产量,在农业生产上具有重要的应用价值。图片1.png

该研究不仅解析了铵转运蛋白AMT1是如何增强水稻防御纹枯病的新机制,并发现氮代谢、激素信号和病原菌之间可能存在互作关系影响农作物的抗病性。该成果为培育兼具高产、氮高效、高抗的优良种质提供了重要的基因资源,也为氮肥精准施用调控农作物产量的提高和对病原菌的防御提供新思路。


原文链接:https://doi.org/10.1111/pbi.13789


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