本文關(guān)鍵詞：大豆根部特異表達(dá)的磷轉(zhuǎn)運(yùn)子基因GmPT4的功能分析

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【摘要】：磷是植物正常生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素。盡管大部分的土壤全磷含量都比較高,但磷很容易被土壤所固定,因此,其有效性較低,難以被植物直接吸收利用。大豆(Glycine max)是重要的經(jīng)濟(jì)作物,土壤有效磷缺乏制約了大豆的生長(zhǎng),影響其產(chǎn)量和質(zhì)量。根系是植物吸收養(yǎng)分的主要器官,而植物對(duì)外界磷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)主要依賴于根系中的Pht1磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族。因此,為了提高大豆的磷吸收效率,開(kāi)展大豆Pht1磷轉(zhuǎn)運(yùn)子的研究顯得非常重要。本研究首先比較了大豆測(cè)序品種威廉姆斯82和本校選育的磷高效大豆品系粵春03-3的磷效率,接著分析了大豆Pht1磷轉(zhuǎn)運(yùn)子家族基因?qū)α诐舛茸兓捻憫?yīng),篩選出根部特異的、對(duì)磷響應(yīng)敏感的磷轉(zhuǎn)運(yùn)子Gm PTs,并進(jìn)一步分析大豆磷轉(zhuǎn)運(yùn)子Gm PTs轉(zhuǎn)錄后磷酸化調(diào)控機(jī)制,在此基礎(chǔ)上,對(duì)篩選出來(lái)的磷轉(zhuǎn)運(yùn)子Gm PT4進(jìn)行相關(guān)的生理與分子試驗(yàn),探討其在大豆應(yīng)對(duì)低磷環(huán)境過(guò)程中的功能。主要結(jié)果如下:1)水培條件下,低磷處理顯著抑制了大豆的生長(zhǎng)。和正常供磷相比,低磷條件下植株生物量和根系的生長(zhǎng)受到抑制,受抑制程度隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。試驗(yàn)所用的兩個(gè)品種大豆對(duì)磷的響應(yīng)存在著基因型差異,粵春03-3對(duì)磷的吸收利用效率要優(yōu)于威廉姆斯82。2)大豆Gm Pht1磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族基因?qū)Χ唐诹诐舛茸兓捻憫?yīng)。結(jié)果表明:大部分磷轉(zhuǎn)運(yùn)子在外界供磷濃度降低時(shí)會(huì)受到不同程度的誘導(dǎo)。其中Gm PT1受到誘導(dǎo)的程度最高、Gm PT4次之,其它的Gm PTs表達(dá)水平都相對(duì)較低;而Gm PT7與Gm PT13的表達(dá)量變化呈明顯的上下波動(dòng),表明其變化可能與晝夜更替有關(guān)。另外,Gm PT4在缺磷條件下,表達(dá)量迅速上升,在缺磷36h時(shí)達(dá)到最大值,回補(bǔ)磷后其表達(dá)量迅速下降。Gm PT4的表達(dá)量隨著外界磷濃度變化而變化,表明其可能是根部特異的磷響應(yīng)敏感的磷轉(zhuǎn)運(yùn)子。3)高低磷處理?xiàng)l件下大豆Gm PTs在根不同部位的表達(dá)。結(jié)果表明:Gm PT1、Gm PT4、Gm PT7、Gm PT12、Gm PT13主要在低磷條件下的側(cè)根表達(dá),Gm PT2、Gm PT3、Gm PT6在低磷條件下的側(cè)根和主根處都有表達(dá),Gm PT5則主要在低磷條件下的主根表達(dá),而Gm PT14在高磷條件下的側(cè)根表達(dá)較高,Gm PT8、Gm PT9、Gm PT10在高低磷處理中植物各部位的表達(dá)差異不明顯。4)對(duì)候選基因Gm PT4進(jìn)行生物信息學(xué)分析,其含有12個(gè)保守的跨膜結(jié)構(gòu)域,啟動(dòng)子區(qū)域含有1個(gè)P1BS和3個(gè)W-box元件。磷酸化位點(diǎn)預(yù)測(cè)分析表明其含有19個(gè)可能的磷酸化位點(diǎn),其中第509位Ser(絲氨酸)和第514位Ser分值最高。亞細(xì)胞定位分析表明,Gm PT4定位于質(zhì)膜上。Gm PT4啟動(dòng)子融合GUS染色分析表明,高磷條件下,Gm PT4主要在中柱表達(dá),而低磷條件下,Gm PT4主要在表皮、皮層和中柱表達(dá)。5)酵母回補(bǔ)試驗(yàn)表明,Gm PT4及其點(diǎn)突變體能部分回補(bǔ)酵母突變體MB192高親和磷轉(zhuǎn)運(yùn)功能;對(duì)Gm PT4可能的磷酸化位點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)突變,將第509位Ser(絲氨酸)突變?yōu)锳la(丙氨酸),并不影響其功能及定位;而將第514位Ser突變?yōu)锳la時(shí),Gm PT4的定位不發(fā)生改變,但在酵母回補(bǔ)實(shí)驗(yàn)中其磷吸收功能減弱,表明第514位Ser對(duì)于Gm PT4的功能起重要作用。6)高低磷處理Gm PT4轉(zhuǎn)基因復(fù)合植株試驗(yàn)表明:過(guò)表達(dá)Gm PT4能增加大豆的生物量和磷含量,而干涉Gm PT4會(huì)導(dǎo)致大豆生物量和磷含量減少,說(shuō)明Gm PT4在大豆磷吸收過(guò)程中起到重要的作用。
【關(guān)鍵詞】：大豆 磷轉(zhuǎn)運(yùn)子 表達(dá)模式 磷酸化 點(diǎn)突變 GmPT4
【學(xué)位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S565.1;Q943.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• abstract5-7
• 英文縮略語(yǔ)及英文對(duì)照7-11
• 1 前言11-17
• 1.1 大豆的重要性及其生產(chǎn)現(xiàn)狀11
• 1.2 磷對(duì)大豆生長(zhǎng)的重要性11-12
• 1.3 植物耐受低磷的機(jī)理及研究進(jìn)展12-14
• 1.4 植物磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族的研究進(jìn)展14-15
• 1.5 磷酸化修飾對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)子功能的影響15-16
• 1.6 本研究的目的和意義16-17
• 2 材料與方法17-29
• 2.1 技術(shù)路線17
• 2.2 試驗(yàn)材料17-20
• 2.2.1 植物材料17
• 2.2.2 載體與菌株17-18
• 2.2.3 主要試劑及配制18-19
• 2.2.4 主要培養(yǎng)基及試劑配方19-20
• 2.3 主要儀器設(shè)備20-21
• 2.4 試驗(yàn)方法21-29
• 2.4.1 大豆水培試驗(yàn)21
• 2.4.2 高低磷條件下大豆磷轉(zhuǎn)運(yùn)子家族基因在不同根部位的表達(dá)分析21-22
• 2.4.3 大豆磷轉(zhuǎn)運(yùn)子家族基因?qū)α诐舛茸兓捻憫?yīng)22
• 2.4.4 過(guò)量及干涉Gm PT4大豆轉(zhuǎn)基因復(fù)合植株的創(chuàng)制22-23
• 2.4.5 大豆生長(zhǎng)參數(shù)及養(yǎng)分含量的測(cè)定23-24
• 2.4.6 大豆磷轉(zhuǎn)運(yùn)子生物信息學(xué)分析24
• 2.4.7 植物DNA的提取24-25
• 2.4.8 植物RNA的提取及反轉(zhuǎn)錄25
• 2.4.9 實(shí)時(shí)熒光定量PCR25-26
• 2.4.10 Gm PT4亞細(xì)胞定位26-27
• 2.4.11 Gm PT4組織化學(xué)定位27
• 2.4.12 酵母異源表達(dá)Gm PT4基因27-29
• 3 結(jié)果與分析29-54
• 3.1 磷有效性對(duì)大豆生長(zhǎng)發(fā)育的影響29-35
• 3.1.1 磷有效性對(duì)大豆生長(zhǎng)的影響29
• 3.1.2 高低磷處理對(duì)大豆生物量的影響29-31
• 3.1.3 高低磷處理對(duì)大豆根系形態(tài)指標(biāo)的影響31
• 3.1.4 高低磷處理對(duì)大豆氮磷鉀含量的影響31-35
• 3.2 大豆磷轉(zhuǎn)運(yùn)子基因家族對(duì)磷濃度變化的響應(yīng)35-38
• 3.2.1 高低磷條件下Gm PTs在不同根部位的表達(dá)35-37
• 3.2.2 大豆磷轉(zhuǎn)運(yùn)基因Gm PTs對(duì)短期磷濃度變化的響應(yīng)37-38
• 3.3 大豆磷轉(zhuǎn)運(yùn)子Gm PT4的生物學(xué)性質(zhì)及功能分析38-54
• 3.3.1 候選基因Gm PT4生物信息學(xué)分析38-41
• 3.3.2 大豆磷轉(zhuǎn)運(yùn)基因Gm PT4對(duì)長(zhǎng)期磷缺乏的響應(yīng)41-42
• 3.3.3 Gm PT4組織化學(xué)定位42-43
• 3.3.4 Gm PT4及其點(diǎn)突變體亞細(xì)胞定位43-46
• 3.3.5 Gm PT4及其點(diǎn)突變體酵母異源表達(dá)46-47
• 3.3.6 過(guò)表達(dá)Gm PT4對(duì)轉(zhuǎn)基因大豆復(fù)合植株磷吸收的影響47-51
• 3.3.7 干涉Gm PT4對(duì)轉(zhuǎn)基因大豆復(fù)合植株磷吸收的影響51-54
• 4 討論與結(jié)論54-57
• 4.1 磷有效性對(duì)大豆生長(zhǎng)的影響54
• 4.2 大豆根系磷轉(zhuǎn)運(yùn)子家族基因?qū)α诐舛茸兓捻憫?yīng)54-55
• 4.3 Gm PT4對(duì)大豆磷吸收的影響55-56
• 4.4 絲氨酸突變?yōu)楸彼釋?duì)大豆Gm PT4功能的影響56-57
• 致謝57-58
• 參考文獻(xiàn)58-63
• 附錄63-65

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：590018