【摘 要】
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氮在茶树全株中的含量约占干重的4.5%,是游离氨基酸、咖啡碱等茶叶品质成分的重要组成部分。然而,高水平施氮对环境有负面影响,因此,选育氮高效茶树种质是提高茶园氮利用效率的根本途径。自噬在植物体内氮循环中起着关键作用,具有提高氮利用率的潜力,许多自噬相关基因ATGs参与了自噬过程。本研究首先明确了自噬基因和蛋白在茶树不同成熟度叶片中的表达。然后从茶树基因组中鉴定出ATG3亚家族的两个同源基因,CsA
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氮在茶树全株中的含量约占干重的4.5%,是游离氨基酸、咖啡碱等茶叶品质成分的重要组成部分。然而,高水平施氮对环境有负面影响,因此,选育氮高效茶树种质是提高茶园氮利用效率的根本途径。自噬在植物体内氮循环中起着关键作用,具有提高氮利用率的潜力,许多自噬相关基因ATGs参与了自噬过程。本研究首先明确了自噬基因和蛋白在茶树不同成熟度叶片中的表达。然后从茶树基因组中鉴定出ATG3亚家族的两个同源基因,CsATG3a和CsATG3b。通过在拟南芥中过表达茶树CsATG3s,研究其在茶树氮利用中的潜在作用。主要研究结果如下:1)茶树CsATG3s的转录水平随着叶片成熟度的增加而增加。茶树自噬相关蛋白在成熟叶片中的表达较高,表明成熟叶片中的自噬活性增加。2)过表达CsATG3s增加了拟南芥对低氮胁迫的耐受性。在低氮和正常氮条件下,与野生型拟南芥（WT）相比,CsATG3a过表达株系（OE-7,OE-9）从营养生长向生殖生长转变时期推迟,其莲座叶直径、数目及干重显著增加,根的干重显著增加。CsATG3b过表达株系（OE-1,OE-3）在正常氮条件下的茎生部位的干重显著大于野生型,低氮条件下,CsATG3b-OE株系的莲座叶和根的干重均显著高于WT。3)在拟南芥中过表达CsATG3s改变了干物质和氮在植株根、莲座叶和茎生部位三个部分的分配。与野生型拟南芥（WT）相比,不论在低氮还是正常氮条件下,CsATG3a-OE株系莲座叶的干物质和氮含量分配比例均显著增加。低氮条件下,CsATG3a-OE和CsATG3b-OE株系分配给根的干物质和氮含量显著增加。4)在拟南芥中过表达CsATG3s参与调节N吸收转运基因的表达。在低氮处理下,过表达植株根系氮吸收转运相关基因AtNRT1.1,AtNRT2.1,AtNRT2.2,AtAMT1.1和AtAMT1.3的表达量均显著高于WT。同时,在低氮和正常氮条件下,过表达株系中的氨基酸转运相关基因AtAAP1,AtAAP4,AtAAP5,AtAAP6在莲座叶的表达水平都显著高于WT。5)在拟南芥中过表达CsATG3s促进了植株的营养生长,提高了氮利用效率（NUE）。在正常氮水平的土壤培养条件下,Cs ATG3a-OE株系苗期的莲座叶生物量则显著高于野生型。在正常氮条件下,过表达株系（CsATG3a-OE和CsATG3b-OE）种子和残茬中的N积累量、生物学产量均显著高于野生型,而低氮条件下过表达株系与野生型差异不显著或低于野生型。此外,CsATG3s-OE株系在低氮条件下的HI、NHI、NUtE和NUE均显著高于与野生型;而在正常氮条件下与野生型差异不显著或低于野生型。结果表明,过表达CsATGs提高了正常氮条件下的种子产量,促进低氮条件下氮利用效率的提高。
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