NRT1.1B的自然变异导致籼粳亚种氮利率的差异

名称：Variation in NRT1.1B contributes to nitrate-use divergence between rice subspecies

期刊：Nature Genetics (2015)

作者及单位：胡斌…储成才（中科院遗传与发育研究所）

DOI：10.1038/ng.3337.

籼稻的氮利用率（硝态氮和胺态氮）明显高于粳稻，但其中的机理尚未清楚。

储课题组对34个籼粳稻的硝酸盐和铵盐的吸收效率进行分析，发现籼稻的硝酸盐吸收明显高于粳稻品种，且籼稻品种具有更高的氯盐敏感性。

(a) 15^N硝酸盐标记后， 34个籼粳稻品种地上部分15^N 的积累量 (b) 15^N铵盐标记后， 34个籼粳稻品种地上部分15^N 的积累量

利用氯盐敏感的单染色体片段置换系N10-1（IR24为受体，NIP为供体）进行定位，发现包含一个氯盐敏感主效QTL—qCHR10，遗传分析表明氯盐敏感为半显性性状。最终定位到大约15Kb的区间，只包括硝酸盐转运基因LOC_Os10g40600 (NRT1.1B , OsNPF6.5)。序列分析表明，IR24和日本晴的CDs区有两个SNPs，SNP1(c.980C>T)为错义突变，SNP2(c.1335G>C)为同义突变。NIL和NRT1.1B过表达株系的氯盐敏感性和¹⁵N积累量上升。但NIP、IR24和NIL植株中NRT1.1B表达量无差别，排除了表达量所引起的功能变异。

(a) NIP、IR24和N10-1氯盐敏感性实验 (b) 15^N硝酸盐标记后，NIP、IR24和N10-1地上部分15^N 的积累量 (c) 氯盐敏感性状的精细定位 (d) IR24和NIP之间NRT1.1B的等位突变 (e) NIP和NIL氯盐敏感性实验  (f) 15^N硝酸盐标记后，NIP和NIL地上部分15^N 的积累量 (g) 15^N硝酸盐标记后， NRT1.1B转基因株系地上部分15^N 的积累量

NRT1.1B定位在质膜，利用爪蟾卵母细胞进行¹⁵N硝酸盐摄取实验发现，注射NRT1.1B- IR24的卵母细胞的硝酸盐摄取能力高于注射NRT1.1B-NiP的卵母细胞，表明NRT1.1B-IR24具有更高的活性。表达模式分析发现，NRT1.1B能被硝酸盐所诱导，且在根毛，表皮和维管组织高表达。原位杂交表明，NRT1.1B主要在根中邻近木质部的表皮细胞和柱状细胞表达。

(a) 15^N硝酸盐标记后，卵母细胞中硝酸盐的积累量NRT1.1B-Nipponbare (NBnip), NRT1.1B-IR24 (NBir) (b) NRT1.1B硝酸盐的诱导实验 (c–h) GUS染色，根(c–e), 叶鞘(f), 叶片(g)茎 (h)  (i,j) 根RNA原位杂交

NIL中的硝酸盐摄取活性和地下向地上部分转运提高，且硝酸盐还原酶基因OsNIA1和OsNIA2,表达量显著上升，而NRT1.1B突变体中硝酸盐对OsNIA1和OsNIA2的诱导被抑制。

(a) 15^N硝酸盐标记后，Nip和NIL中硝酸盐的摄取活性  (b) 15^N硝酸盐标记后，Nip和NIL中硝酸盐地下向地上部分的硝酸盐转运 (c,d) OsNIA1和OsNIA2 在Nip和NIL中的表达量

950份水稻品种的进化关系表明，NRT1.1B出现了明显的籼粳分化，且籼稻品种中的等位基因是后起源。NRT1.1B在籼稻驯化中经历了人工选择，导致了高的硝酸盐利用率。

(a) 950份品种NRT1.1B的进化关系  (b) NRT1.1B SNP1等位基因的祖先重构 (c) SNP1基因型的单核苷酸多态性

在水培高低氮条件下，NIL的长势比Nip好，叶绿素含量。光合速率和生物量均上升，在低氮条件下对比更显著。在田间高低氮条件下，NIL的分蘖数、单株产量、氮利用率和产量均提高，但结实率、每穗粒数和千粒重没有显著提高。

NRT1.1B-indica 渗入系的氮利用率提高

(a)    NRT1.1B-japonica (Nip-3)或NRT1.1B-indica (IR-3)的农艺性状考察  (b) NRT1.1B-japonica (gNip-2) 或 NRT1.1B-indica (gIR-3) 的农艺性状考察