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我校团队解析高氮素利用效率菊花培育机理

作者:王静出处:山东农大报发布时间:2018-10-08

近日,国际著名学术期刊《园艺研究》(HorticultureResearch)在线发表了山东农业大学园艺科学与工程学院胡大刚、郑成淑教授和孙翠慧老师的研究成果“菊花MADS-box转录因子CmANR1调控生长素极性运输基因介导菊花根系的发育”。该研究揭示了菊花硝酸盐响应MADS-box转录因子CmANR1通过调控生长素极性运输基因,增加根系中生长素含量从而促进菊花根系发育的新机制,为培育氮素高效利用的菊花新品种提供了理论依据。

菊花是中国十大传统名花和世界四大鲜切花之一,因观赏与经济价值较高,菊花的栽培面积和产量均位居各种花卉首列。目前,菊花生产中多采用周年设施栽培,在栽培过程中存在氮肥施用过量、施用不均、氮素损失严重与利用率低等问题,这不仅影响到菊花切花的品质和价值,过剩的氮肥还对土壤和地下水体产生了严重的污染。在这种背景下,培育高氮素利用率菊花尤显迫切。

胡大刚团队研究发现,氮素尤其是硝态氮可作为信号物质对植物根系发育起到复杂而精细的调节作用,而MADS-box转录因子CmANR1能够响应较高浓度的硝态氮。将CmANR1基因转入菊花中进行功能研究,结合转录组测序结果与蛋白质谱鉴定,结果发现过表达CmANR1基因能够促进菊花不定根与侧根的发育,使菊花具有更为强健的根系,从而提高根系吸收水分与养分的能力,促进菊花地上部的生长。而转基因菊花地上部生长的增加,能够提高菊花的光合能力,增强菊花的生长势,产生更多的光合产物、激素等运输至根部,促进根系的生长。在菊花的实际栽培环境氮肥不均匀的情况下,局部高浓度硝态氮诱导CmANR1基因表达上调,促进局部根系发育的增殖而增强菊花整体的生长。基于此,对CmANR1基因高硝态氮利用率特性的有效利用,使得培育高氮素利用率转基因菊花新品种成为可能。