硝酸盐转运蛋白（NRT/NPF）是调控氮吸收、转运与利用效率的核心因子。然而，作为全球第四大主粮的马铃薯，氮肥利用率却低下，其NRT基因家族缺乏系统性鉴定，限制了分子育种的精准靶点筛选。

近日，青海大学农林科学院郭恒博士团队在BMC Plant Biol.发表题为“Genome-wide identification,evolution,and expression analysis of StNRT (nitrate and peptide transporter) gene family in potato (Solanum tuberosum L.)”文章。研究首次全面鉴定出81个马铃薯StNRT基因，系统解析了其结构、进化特征与表达模式，并鉴定出多个响应氮胁迫的关键候选基因，为马铃薯氮高效分子育种提供了坚实的理论基础与基因资源。拜谱生物为该研究提供了转录组学技术服务。

英文标题：Genome-wide identification, evolution,and expression analysis of StNRT (nitrate and peptide transporter) gene family in potato (Solanum tuberosum L.)(BMC Plant Biol. IF 4.8.)

中文标题：马铃薯StNRT（硝酸盐和肽转运蛋白）基因家族的全基因组鉴定、进化和表达分析

客户单位：青海大学农林科学院

研究材料：马铃薯根茎叶样本

拜谱提供技术：转录组学

技术路线：

研究结果

1.全局扫描：基因组规模鉴定StNRT基因家族成员

为全面解析马铃薯氮素转运机制，在全基因组层面对StNRT基因家族展开系统性鉴定。通过整合BLASTP序列比对与HMM结构域搜索的结果，基于SolTub_3.0基因组成功锁定81个基因（图1），显著超越既往报道的39个。值得注意的是，交叉验证最新的T2T DM8.1基因组时，新发现15个成员。

图1 StNRT基因在马铃薯SolTub_3.0基因组上的图谱

2.结构解码：蛋白保守域、基序与理化特性分析

系统发育分析将81个StNRT蛋白划分为4个进化分支（图2A），其中C2分支9个高亲和力转运蛋白（NRT2）独有MFS_1结构域及Motif 19/20基序（图2D）；而C1/C3/C4分支的低亲和力NPF蛋白均含PTR2核心域，但分化出亚家族特异性结构域。跨膜拓扑预测显示多数蛋白含9-12个跨膜螺旋，而含NAR2辅助结构域的StNRT12仅具2个螺旋，暗示其独特功能机制（图2B）。

图2 StNRT蛋白的系统发育树、保守结构域和基序

3.基因蓝图：染色体分布、基因结构与顺式作用元件解析

81个基因非均匀分布于12条染色体，Chr_6密集承载15个成员。启动子区顺式元件扫描发现931个调控开关（图3A），其中光响应元件占比最高，与MeJA响应元件、ABA响应元件及胁迫响应元件广泛共存，表明StNRT表达受光信号、激素网络与逆境压力的精密协同调控。

图3 StNRT基因的基因结构和顺式调节元件

4.空间图谱：组织特异性表达模式

转录组学分析81个基因在根茎叶等21种马铃薯组织中的表达谱（图4A）。发现StNRT基因表达高度器官化：StNRT2.4在根与块茎表皮富集；StNRT08（NRT2.7）在茎叶花果特异表达；StNPF1.2独见于匍匐茎；而StNRT52（NPF6.4）等7个基因组成型高表达（图4B）。

图4 StNRT/NPF基因的组织特异性表达模式

5.氮胁迫响应：关键基因的转录与蛋白动态

在高/低氮效率品种（青薯9号/下寨65）的根茎叶组织中，转录组与蛋白质组分析显示：低氮诱导根部StNRT2.4转录上调，其蛋白丰度（StNRT42）亦随氮浓度降低而升高；StNRT12（NAR2）在中低氮下持续高表达，StNRT38/63/06在茎部组成型高表达，提示氮储存/再动员功能。蛋白互作网络进一步串联StNRT08/34等与StNR3、StNIR，勾勒出“吸收–转运–同化”的协同通路。RT-qPCR验证StNRT12转录受氮水平正向调控，而StNRT56（NPF6.3）响应模式相反，揭示基因功能的特异性分工（图5、图6）。

图5 马铃薯品种中转录组对氮胁迫的反应

图6 氮胁迫下蛋白质组学热图

文章小结

本研究揭示了StNRT基因在不同组织（根、茎、叶、块茎等）的特异性表达模式及对不同氮胁迫（高氮40mM、中氮8mM、低氮2mM）的响应差异，最终筛选出调控马铃薯硝酸盐吸收和氮利用效率（NUE）的候选基因，为马铃薯氮利用效率改良提供理论基础。

拜谱小结

本研究系统绘制马铃薯StNRT基因家族全景图谱，不仅深化了对马铃薯氮素转运机制的理解，更为靶向改良氮效率提供了分子路标。拜谱生物为该研究提供了转录组学检测分析服务。拜谱生物作为一家国内领先的多组学服务公司，可提供完善成熟的转录组学、蛋白质组学、修饰蛋白组学、代谢组学以及多组学联合产品技术服务体系，助力发表高分文献，欢迎致电咨询！

参考文献

He Z, Wang J, Zhou W, et，al. Genome-wide identification, evolution, and expression analysis of StNRT (nitrate and peptide transporter) gene family in potato (Solanum tuberosum L.). BMC Plant Biol. 2025 Jul 12;25(1):906. doi: 10.1186/s12870-025-06978-w.