發(fā)布時(shí)間：2020-06-01 06:04

【摘要】：磷在植物生理生化代謝過程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。磷缺乏通常影響植物生長(zhǎng)發(fā)育,導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低。磷礦資源的有限性及磷肥過度使用造成的磷資源浪費(fèi)使得培育磷高效吸收利用的農(nóng)作物品種顯得尤為重要。因此,篩選與驗(yàn)證高效磷素吸收利用磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的研究成為培育磷高效吸收利用農(nóng)作物品種的有效方式。前人研究發(fā)現(xiàn),線粒體磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在能量調(diào)控方面具有一定的作用。本研究旨在驗(yàn)證目的基因在磷缺乏條件下對(duì)磷素吸收利用的分子應(yīng)答調(diào)控機(jī)制。本研究從番茄cDNA文庫(kù)中克隆到SlMPT3;1基因。生物信息學(xué)分析表明,番茄SlMPT3;1蛋白有2個(gè)線粒體磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白所具有的線粒體超家族結(jié)構(gòu)域,蛋白結(jié)構(gòu)具有6個(gè)跨膜域,初步判斷其屬于MPT家族線粒體磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的一員。亞細(xì)胞定位結(jié)果表明:在攜16318hGFP::SlMPT3;1載體的煙草原生質(zhì)體中線粒體上觀察到綠色熒光信號(hào),證明SlMPT3;1蛋白具有典型的MPT家族線粒體磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)特征。功能互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:低磷條件下,SlMPT3;1蛋白能夠彌補(bǔ)磷素轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)缺失酵母突變體的磷吸收轉(zhuǎn)運(yùn)能力,為SlMPT3;1磷素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白具有磷素吸收功能提供證據(jù)。利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將植物過表達(dá)載體PCAMBIA1304::SlMPT3;轉(zhuǎn)化到水稻成熟胚愈傷組織獲得轉(zhuǎn)基因水稻幼苗,經(jīng)卡那抗性篩選和PCR擴(kuò)增檢測(cè)獲得轉(zhuǎn)基因陽(yáng)性苗18株,經(jīng)繼代培養(yǎng)挑選3個(gè)純合株系進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn);轉(zhuǎn)基因水稻幼苗GUS組織染色分析表明,SlMPT3;1基因的表達(dá)部位主要集中在根系表皮和本質(zhì)部以及水稻莖葉組織。酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)篩選初步證明蛋白SlMPT3;1與SlGPI互作;BiFC實(shí)驗(yàn)證明兩個(gè)蛋白互作位為細(xì)胞質(zhì)膜膜。組培實(shí)驗(yàn)表明:低磷條件下,轉(zhuǎn)基因水稻幼苗根系總根長(zhǎng)、總輻射面積和總表面積與受體相比明顯增加,說明SlMPT3;1基因可能通過改善水稻根際酸性環(huán)境促進(jìn)根系發(fā)育。水培實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:低磷條件下,與受體相比,轉(zhuǎn)基因水稻株高明顯增加;三個(gè)轉(zhuǎn)基因株系葉片中葉綠素、可溶性糖含量、脯氨酸含量和總磷含量都比受體中相對(duì)應(yīng)的含量明顯增加。轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果顯示:低磷條件下,與受體相比,轉(zhuǎn)基因水稻株系中的一些轉(zhuǎn)錄因子及與磷素吸收相關(guān)的基因表達(dá)量明顯上調(diào)。qRT-PCR結(jié)果印證了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序中部分差異表達(dá)基因的表達(dá)調(diào)控模式。土培試驗(yàn)結(jié)果表明:低磷條件下,與受體相比,三個(gè)轉(zhuǎn)基因株系單株粒數(shù)與單株產(chǎn)量明顯增加。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,SlMPT3;1屬于線粒體磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,受低磷誘導(dǎo)表達(dá),通過與轉(zhuǎn)基因水稻中多種差異表達(dá)基因共同參與磷饑餓應(yīng)對(duì)調(diào)控代謝途徑,提高轉(zhuǎn)基因水稻籽粒產(chǎn)量。這些發(fā)現(xiàn)為利用MPT家族基因作物分子育種提供有效科學(xué)依據(jù)和材料支撐。
【圖文】：

邐３０１邐Ｐａｅｏｎｉａ邋ｓｕｆｆｒｕｄｃｏｓａ逡逑利用ＭＥＧＡ６．０軟件對(duì)上表ＭＰＴ類家族磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和部分其他家族磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白逡逑進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化樹分析（圖３－２），結(jié)果顯示：Ｓ１ＭＰＴ３；１歸屬于ＭＰＴ家族分支，Ｓ１ＭＰＴ３；１逡逑與ＡｔＭＰＴ均屬于雙子葉植物中磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，而ＯｓＭＰＴ屬于單子葉植物中磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，逡逑理論上，，Ｓ１ＭＰＴ３；１應(yīng)該與屬于雙子葉植物擬南芥中的ＡｔＭＰＴ親緣性更近，但是，系統(tǒng)逡逑進(jìn)化樹結(jié)構(gòu)顯示

０１１０１００７１．１來(lái)自物種胡楊；ＥＥＦ３３５５６．１來(lái)自物種蓖麻。逡逑通過對(duì)泣基因的基因組序列結(jié)構(gòu)分析得出，基因定位于番茄第逡逑２條染色體上，其基因組結(jié)構(gòu)由６個(gè)外顯子和６個(gè)內(nèi)含子組成（圖３－３）。逡逑Ａ邋ｆ？＊］邋Ｓｌ２邋４０ｃｈ０２邐６Ｓ７邋７邋０邐Ｆｅａｔｕｒｅ邋ｓｃａｌｅ逡逑１０００逡逑１邐Ｉ逡逑

本文編號(hào)：2691055