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茶叶所成浩、王丽鸳：NMT发现低N下耐低N茶树铵硝吸收速率更大 为揭示N吸收和关键氨基酸转化能力是促茶树适应N恢复的关键提供证据

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

 

基本信息

主题：NMT发现低N下耐低N茶树铵硝吸收速率更大 为揭示N吸收和关键氨基酸转化能力是促茶树适应N恢复的关键提供证据

期刊：The Journal of the Science of Food and Agriculture

影响因子：3.638

研究使用平台：NMT植物营养创新平台

标题：Responses of tea plants (Camellia sinensis) with different low-nitrogen tolerances during recovery from nitrogen deficiency

作者：中国农科院茶叶研究所王丽鸳、成浩、阮丽、Kang Wei

 

检测离子/分子指标

NO3-

 

检测样品

茶树根

 

中文摘要

背景：茶树氮（N）消耗较高，但茶树对氮恢复的分子和生理反应尚不清楚。

结果：利用非损伤微测技术（NMT）、15N示踪技术、超高效液相色谱（UPLC）和转录组测序技术，研究了低氮耐受型和不耐受型茶树基因型[i.e.乌牛早(W)和龙井43(L)]N吸收、N组织分布、游离氨基酸（FAAs）含量和全基因组转录的变化。结果表明，低氮条件下乌牛早的表型优于龙井43。在氮恢复条件下，乌牛早对氮的吸收利用优于龙井43。乌牛早根中γ-氨基丁酸（GABA）比值（N恢复/N缺乏）显著高于龙井43，而谷氨酸（Glu）比值显著低于龙井43。本研究结果提示，乌牛早有增强GABA合成的趋势，而龙井43则有抑制N恢复下GABA合成的趋势。乌牛早响应氮恢复的关键基因包括氮转运（AMT和NRT）、氮转化（NR, NirA, GAD）和氨基酸转运（GAT）基因。此外，一些核糖体和类黄酮生物合成基因可能有助于维持蛋白质组稳态。

结论：茶树对氮的吸收和转运以及关键氨基酸（Glu和GABA）的转化能力，可提高茶树对氮恢复的适应性，为培育氮高效茶树品种提供依据。

 

离子/分子流实验处理方法

0.01 mM NH4NO3处理14天

 

离子/分子流实验结果

      氮缺乏处理14天后，研究采用NMT检测了不同品种茶树根系NH4+和NO3-流速（图1）。结果表明，NH4+在W和L根系的平均吸收速率分别为5716pmol cm-2s-1和3982 pmol cm-2s-1；而NO3-在W和L根系的平均吸收速率分别为2105 pmol cm-2s-1和1699 pmol cm-2s-1。W和L根系NH4+的吸收率远高于NO3-的吸收率。W根系的NH4+和NO3-吸收速率均高于L根系，分别为1.4和1.2倍。

 

图1. 缺氮处理14 d后两个茶树品种L（低氮不耐受基因型）和W（低氮耐受基因型）根系的净NH4+和NO3-内流速率。正值代表离子吸收。

 

其他实验结果

  • 低氮不耐受（L）和耐受（W）品种茶树在低氮处理 60 d 后的表型差异极大。W表现出比L更好的地上和根部生长状态，并且W叶部氮积累、生物利用指数和氮转移效率均显著高于L。
  • 稳定性同位素示踪实验（15NH4NO3 和NH415NO3）表明，对于铵盐、硝酸盐和总氮，W叶片的15N比例均高于L。
  • 对氮缺乏恢复过程中游离氨基酸的特征检测，结果表明谷氨酸（Glu）、γ-氨基丁酸 （GABA）、酪氨酸（Tyr）和缬氨酸（Val）主要导致游离氨基酸在氮恢复处理中的多样性；而W根部γ-氨基丁酸（GABA）比率（N恢复/N缺乏）显著高于L，而W根部谷氨酸（Glu）比率显著低于L。
  • RNA-seq结果表明，响应氮恢复：
    1）W和L分别有2671和735个基因表达上调，此外，W和L中分别有4306和338个基因下调；
    2）在前20个KEGG中，W特异基因和W和L共享基因的通路类型高度一致，而L特异基因和WL共享基因之间存在较大差异；
    3）在W和L共享上调基因的前 20个KEGG 中，氮代谢是最丰富的代谢途径；
    4）其中，NRT、NR、NirA、GAD和GAT家族的大多数基因在W中的倍数变化高于L；而 AMT、GS和 GLT家族的大多数基因在L中的倍数变化高于W；L将铵转化为谷氨酸（即GS和 GLT家族）在L的倍数变化高于W，而所有将谷氨酸转化为γ-氨基丁酸的基因（即GAD家族）和整个 GABA 转运基因（即GAT家族）在W中比在L中具有更高的倍数变化；此外，qRT-PCR数据进一步佐证了转录组分析结果。

 

测试液

0.1 mM CaSO4, 5 mM NH4NO3, 0.3 mM MES, pH6.0

 

结论

      该项研究的结果表明低氮耐受型茶树品种响应氮恢复具有特殊的生理和分子反应。其特殊的反应包括：（1）上调AMT和NRT基因表达水平，提高对氮的吸收能力，尤其是对NH4+的吸收能力；（2）上调GAD和GAT基因表达水平以提高Glu转化为GABA和转运GABA的能力，以维持较高的氮利用率；（3）上调核糖体和黄酮类生物合成基因表达水平，维持蛋白质组稳态，提高植株对低氮胁迫的抗性。本研究揭示了茶树对氮恢复的适应性的潜在机制。

 

 

NMT实验标准化方案

·植物营养研究NMT标准化方案

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0098847221002215?via%3Dihub

 

供稿：孙凯、赵雪琦
编辑：刘兆义

 

关键词：茶树；氮恢复；氮吸收率；氮利用效率；FAAs；转录组；植物类

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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