水稻硝酸盐运输蛋白基因OsNRT2.3a 沉默影响根系对外界pH的响应开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1．课题研究的意义

作为全世界最重要的粮食作物之一，水稻占全球谷类种植面积的1/3，世界上约有50%的人口以稻米为主食（fao）。中国作为世界上水稻种植面积最大的国家，目前种植面积达3100多万公顷，占世界总量的20%；水稻产量占全国粮食总产量的50%，是保证我国粮食安全的最重要作物^[1]。为了满足不断增长的人口需求，就必须提高水稻的产量，而提高产量的最直接方式就是大量施用氮肥^[2]。但水稻作物化学氮肥施用量过多、氮肥利用率低和损失严重已经成为我国水稻生产中的严重问题^[3]。长期以来人们对水稻生产中化学氮肥的投入与利用进行了大量的研究，但我国水稻氮肥的利用率始终只有30%左右^[4]，淹水生态系统是水稻作物有别于其他旱地作物最独特的生态系统，水面藻类生长和光合作用导致水田ph升高而使氨挥发异常严重、水稻根际的硝化-反硝化作用导致氮素以n₂o和n₂损失等均是水田氮肥利用率低下的主要原因。由于环境的恶化人们，逐渐意识到不能一味的用大肥大水的方式来进行农田管理。有研究表明品种与肥料及其交互作用对作物产量的贡献大于50%, 其中品种改良可提高氮利用效率20%～30%, 甚至超过30% ^[5]。所以很多研究者希望通过对大量水稻种质资源进行筛选找到氮高效品种，以及通过常规与分子辅助育种手段选育出氮高效高产新品种。

人们对植物吸收no₃^-的分子生物学基础已经有了相当了解，这方面的研究将有助于人们更好地理解植物是如何吸收氮素以及这种吸收过程是如何受到调控的，对今后进行作物氮高效品种改良具有重要意义。

2. 研究的基本内容和问题

揭示水稻硝酸盐运输蛋白OsNRT2.3定向突变后突变体提高或降低水稻氮素利用效率的生物学机制；明确OsNRT2.3在提高水稻氮素利用效率的育种价值。通过对水稻OsNRT2.3a超表达突变体表型分析，植物株系对氮素吸收利用的改变，从而揭示OsNRT2.3a基因的功能。通过不同pH条件下OsNRT2.3a突变体、OsNAR2.1突变体、OsNRT2.3aOsNAR2.1超表达株系的根系和生物量及氮素利用效率的变化明确pH对相关基因的作用。通过不同的氮素浓度及氮素形态对超表达株系进行处理，以研究及说明OsNRT2.3a与OsNAR2.1互作的情况。

3. 研究的方法与方案

本课题采用实验研究与理论分析相结合的方法。

1．实验材料

所用材料为osnrt2.3aoverexpression材料、osnar2.1 overexpression材料、osnrt2.3aosnar2.1 overexpression材料以及日本晴野生型（wt）

4. 研究创新点

在基因组中，OsNRT2.3属于高亲和硝酸盐转运蛋白基因。OsNRT2.3又通过选择性剪切转录OsNRT2.3a和OsNRT2.3b两个转录本，其中OsNRT2.3b可独立发挥NO₃^-转运功能，且有研究表明它的过表达能够极大地提高氮肥的利用率和谷物产量。之前的研究发现，单独超表达OsNRT2.3a对于水稻氮素利用没有显著影响。OsNRT2.3a与OsNAR2.1互作。且基因表达受环境pH影响，本课题通过对转基因材料的农艺性状，根系生长，分子水平上的研究，以研究水稻氮素关键基因对于根系生长的影响。其研究结果可以为改善植物氮素高效利用并通过生物学技术途径培育氮高效作物品种的现代分子育种技术提供基础。

5. 研究计划与进展

2017年11月底至12月初 实验材料的准备

2018年2月中至3月初 相关文献的阅读与讨论，对研究方法进行修改

2017年3月初至4月末按照实验方案开展实验