水稻磷转运蛋白基因OsPht2;1的功能研究

【摘要】磷是植物生长过程中必需的三大营养元素之一,是植物体内核酸、磷脂和ATP的重要组成成分。虽然土壤中磷素总量很多,但由于化学和微生物的强烈固定,大多数自然土壤中可溶性磷很低,限制着植物的生长发育。为适应低磷胁迫,植物在根系结构、磷吸收和体内磷周转利用等方面形成各种适应机制。水稻是重要的粮食作物与模式植物,因此研究水稻对磷的吸收利用和转运机理以便更好的利用有限的磷资源,具有重要的理论和现实意义。植物通过在根系细胞膜上表达多种不同亲和力的磷转运蛋白来吸收和转运土壤中的可溶性磷,再通过转运与再分配满足植物各组织对磷素的需求。迄今为止,水稻中大多数被分离和鉴定的磷转运蛋白都属于高亲和的Pht1家族,而对Pht2家族基因的研究还不够深入。因此研究OsPht2;1在磷素吸收、转运和再分配的功能,对于揭示植物高效利用和转运磷营养的机理具有重要意义。本试验以水稻磷转运蛋白Pht2家族基因唯一成员OsPht2;1为研究对象,以粳稻品种日本晴为试验材料,通过RT-PCR、Q-PCR以及水稻转基因等技术,研究了OsPht2;1的表达特征和功能,所获得的主要结果如下：1.对水稻OsPht2;1进行生物信息学分析,结果表明该基因编码一个572个氨基酸的蛋白,预测为十三次跨膜蛋白；对编码氨基酸与系统进化树分析表明Pht2家族基因功能保守。通过RT-PCR与Q-PCR等方法对OSPht2;1的表达模式进行分析,结果表明：OsPht2;1主要在叶部表达,并在缺磷条件下表达量增加,同时OsPht2;1的表达受光照调控。2.通过野生型及超表达OSPht2;1基因的转基因水稻在正常供磷和低磷条件下的水培试验研究结果表明：在正常供磷条件下,超表达OsPht2;1基因提高水稻对磷酸盐的吸收和转运,植株中地下部可溶性磷含量较野生型提高20%左右,地上部可溶性磷含量较野生型提高30%左右,超表达株系生物量较野生型提高28%左右。在低磷条件下,OsPht2;1超表达株系植株地下部可溶性磷含量与野生型相比没有显著差异,而在地上部的可溶性磷含量较野生型提高40%左右,生物量较野生型提高30%左右,以上试验结果表明OsPht2;1在水稻磷酸盐的吸收和转运过程中起着非常重要的作用。3.通过对正常供磷和低磷水培条件下OsPht2;1基因超表达材料的根系形态的研究表明,OsPht2;1超表达后对根系构型产生影响。OsPht2;1基因的超表达会造成植株总根长、根系总表面积、根系体积、根尖数等某些指标不同程度的增加。4.通过对OsPht2;1超表达株系在不同磷肥用量的盆栽试验研究表明,在三个磷肥用量条件下(低、中和高)超表达材料倒一叶、倒二叶、倒三叶与穗柄中全磷含量较野生型显著提高。而在大田试验中超表达材料中倒一叶、倒二叶、倒三叶与穗柄中的全磷含量显著提高,并有助于提高植株产量。5.分析了正常供磷条件下OsPht2;1超表达株系中Phtl家族成员表达情况。结果表明OsPht2;1超表达会导致植株叶部对磷的转运与利用作用加强,从而影响根系对磷的吸收,并影响Phtl家族基因的表达丰度。综上所述,通过对OsPht2;1基因的功能进行分析和验证,发现OsPht2;1参与了水稻整个生育期磷酸盐的转运和利用,在提高水稻磷素利用率方面起重要作用。
【作者】史书林；
【导师】孙淑斌；
【作者基本信息】南京农业大学，植物营养学，2013，硕士
【关键词】水稻；磷；磷转运蛋白；OsPht2；1；超表达；

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