贵州大学在水稻氨基酸转运蛋白调控分蘖和产量研究中取得重要进展

来源：植物生物学

近日，Rice在线发表了贵州大学农学院方中明实验室题为“The amino acid transporter OsAAP4 contributes to rice tillering and grain yield by regulating neutral amino acid allocation through two splicing variants”的研究论文。该研究发现了水稻氨基酸转运家族成员OsAAP4的两种剪接体主要通过调控不同浓度的中性氨基酸分配，并通过氮代谢和激素途径正调控水稻分蘖和产量。这一研究不仅解析了有机氮营养中氨基酸在水稻生长发育中的调控作用，还为水稻在不同有机氮环境及粳稻高产优质育种实践中提供可用的基因资源。

氨基酸类有机氮营养是植物体内最重要的营养物质之一，而氨基酸转运蛋白在植物生长发育中起重要的氨基酸类营养运输作用。在我国存在作物产量依赖氮肥过大，由此带来的环境污染等问题，给农业可持续发展带来了巨大的压力。深入研究氨基酸转运蛋白在有机氮营养中对各种氨基酸的转运及对水稻农艺性状的影响，能为水稻适应不同氮肥环境并减少无机氮的依赖提供理论支撑。

本研究发现，水稻氨基酸转运基因OsAAP4的启动子序列在籼稻和粳稻之间存在差异，在水稻分蘖芽和基部中基因的表达水平与籼稻、粳稻的分蘖和产量呈正相关。启动子-GUS染色表明OsAAP4主要在侧根、分蘖芽、叶片、叶鞘、茎和穗中表达。石蜡切片实验显示GUS活性集中在根皮层薄壁细胞，及叶鞘、叶片、茎和幼穗维管组织的木质部和韧皮部中。亚细胞定位实验表明OsAAP4两种剪接体均定位在细胞膜及细胞核中。OsAAP4的两个不同剪接体在粳稻ZH11中过表达显著提高了水稻分蘖和产量，RNAi和突变体植株表现出相反的趋势。

利用高效液相色谱实验对不同阶段植株的氨基酸含量测定表明，中性氨基酸缬氨酸、脯氨酸、苏氨酸和亮氨酸发生了明显改变，进一步表明，0.5 mM的外源缬氨酸或脯氨酸显著促进过表达植株OsAAP4a的分蘖芽伸长，而2.0mM的外源缬氨酸或脯氨酸则显著促进过表达植株OsAAP4b的分蘖芽伸长。另外，原生质体-荧光氨基酸吸收的结果表明，不同浓度的缬氨酸和脯氨酸在这些过表达植株中特异性地运输和积累。转录组分析进一步表明，OsAAP4表达量改变可以通过影响氮素的运输和代谢，以及生长素、细胞分裂素等激素途径调控水稻分蘖。

该研究由贵州大学农学院方中明实验室完成。方中明教授为论文的第一作者及通讯作者，其指导的硕士研究生吴博文为论文的共同第一作者。该项目得到了国家基金、贵州省“千人创新创业人才计划”、贵州省科技拔尖人才项目、广东省应用植物学重点实验室开放课题及国家重点研发计划项目的支持。

近期方中明教授团队对水稻氨基酸转运蛋白的调控进行了较为深入的研究，带领团队成员吴博文、汪杰、吕凯等曾先后解析了碱性氨基酸转运蛋白OsAAP3负调控水稻分蘖和氮利用效率（Lu et al., Plant Biotechnology Journal, 2018）、碱性及中性氨基酸转运蛋白OsAAP5负调控水稻分蘖和单株产量(Wang et al., Plant Physiology, 2019)、中性氨基酸转运蛋白OsAAP1正调控水稻分蘖（Ji et al., Journal of Experimental Botany, 2020），对有机氮营养中氨基酸及其氨基酸转运蛋白差异性调控水稻农艺性状及氮利用效率做出了贡献。