發(fā)布時間：2019-01-24 15:32

【摘要】：鋅是植物生長和發(fā)育必須的微量元素,土壤中鋅含量過高或過低都會對植物產(chǎn)生危害。叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi,AMF)能與80%以上陸生植物共生,形成叢枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)共生體。在缺鋅條件下AMF能將吸收的鋅轉運給植物,而在高鋅條件下AMF能夠減少鋅對植物的危害。目前關于AMF影響植物Zn吸收轉運的分子機制少有報道,本文以單子葉植物水稻和雙子葉植物蒺藜苜蓿為研究對象,研究菌根對兩種植物的Zn吸收轉運相關基因的影響,并著重研究了苜蓿中受菌根調控的MtMTP3和MtHMA2基因。主要研究結果如下:1.在模式植物蒺藜苜蓿中鑒定了一個CDF家族Zn轉運體MtMTP3。生物信息學分析表明MtMTP3編碼385個氨基酸,系統(tǒng)進化分析和序列比對表明MtMTP3屬于CDF家族Zn轉運體。酵母互補實驗證實MtMTP3具有轉運Zn的能力。熒光定量和組織表達定位結果顯示MtMTP3主要在根部表皮以下部位表達,并且高濃度鋅、錳或者缺鐵處理能促進MtMTP3基因表達。半定量和熒光定量分析顯示MtMTP3基因在低磷情況下表達明顯升高,與AMF共生能夠強烈抑制MtMTP3基因表達,即使在高鋅處理下,MtMTP3表達也明顯受到抑制,而此時菌根中叢枝明顯減少,菌絲體增多。這些研究結果顯示,叢枝菌根真菌可能通過促進磷吸收,進而調控MtMTP3基因的表達。2.對Zn和接種菌根真菌條件下苜蓿中鋅轉運體的表達情況進行分析發(fā)現(xiàn)接種菌根真菌能明顯促進MtHMA2基因表達。系統(tǒng)進化分析和序列比對證實MtHMA2屬于P1B-ATPase家族。酵母互補實驗證實MtHMA2有轉運Zn和Pb的能力。熒光定量檢測MtHMA2在不同植物組織的表達顯示MtHMA2在整個植物體內(nèi)都有表達,在植物根部表達較高。用MtHMA2啟動子驅動GUS報告基因顯示MtHMA2主要在根部中軸部位表達。熒光定量檢測顯示高濃度鋅處理能夠抑制MtHMA2基因在根中表達,而高濃度Pb處理會促進MtHMA2在根部和地上部分表達,高濃度Cd能夠促進MtHMA2基因在植物地上部分表達。在苜蓿根中超表達MtHMA2發(fā)現(xiàn)在一定Zn濃度下超表達MtHMA2能夠提高植物根部對Zn的抗性,但會使地上部分對Zn敏感,可能MtHMA2與重金屬Zn向地上部分轉運有關。接種菌根真菌后MtHMA2基因表達升高,但在Zn和AMF共同處理下MtHMA2表達下降,可能菌根真菌在高鋅處理時能減少Zn向地上部分轉運。3.在Zn和接種菌根真菌條件下對水稻體內(nèi)鋅轉運體的表達情況進行分析,發(fā)現(xiàn)在高鋅處理下接種菌根真菌OsHMA2表達明顯升高。分析水稻OsHMA2基因的啟動子發(fā)現(xiàn)其含有受菌根調控的CTTC元件,在苜蓿中檢測接種菌根真菌對OsHMA2啟動子以及不同缺失CTTC的OsHMA2啟動子的影響,發(fā)現(xiàn)在苜蓿中AMF能夠降低OsHMA2啟動子轉錄活性,AMF通過抑制CTTC元件來抑制OsHMA2啟動子轉錄活性。
[Abstract]:Zinc is a necessary trace element for plant growth and development. Arbuscular mycorrhizal fungi (arbuscular mycorrhiza fungi,AMF) can be symbiotic with more than 80% terrestrial plants and form arbuscular mycorrhiza,AM symbionts. Under the condition of zinc deficiency, AMF could transport the absorbed zinc to plants, while AMF could reduce the harm of zinc to plants under the condition of high zinc. There are few reports on the molecular mechanism of AMF affecting the absorption and transport of Zn in plants. In this paper, the effects of mycorrhiza on Zn uptake and transport related genes of two species of plants were studied, in which monocotyledonous rice and alfalfa, a dicotyledonous plant, were studied. The MtMTP3 and MtHMA2 genes regulated by mycorrhiza in alfalfa were studied. The main results are as follows: 1. A CDF family Zn transporter MtMTP3. was identified in alfalfa, a model plant of Tribulus terrestris. Bioinformatics analysis showed that MtMTP3 encoded 385 amino acids. Phylogenetic analysis and sequence alignment indicated that MtMTP3 belonged to the Zn transporter of CDF family. Yeast complementary experiments confirmed that MtMTP3 had the ability to transport Zn. The results of fluorescence quantitative analysis and tissue localization showed that MtMTP3 was mainly expressed below the root epidermis, and high concentration of zinc, manganese or iron deficiency could promote the expression of MtMTP3 gene. Semi-quantitative and fluorescence quantitative analysis showed that the expression of MtMTP3 gene was significantly increased under low phosphorus, and symbiosis with AMF could strongly inhibit the expression of MtMTP3 gene, even under the high zinc treatment, the expression of MtMTP3 was significantly inhibited, while the arbuscular branches in mycorrhizal were obviously decreased. Mycelium increased. These results suggest that arbuscular mycorrhizal fungi regulate the expression of MtMTP3 gene by promoting phosphorus uptake. The expression of zinc transporter in alfalfa with Zn and inoculated mycorrhizal fungi was analyzed. It was found that inoculated mycorrhizal fungi could significantly promote the expression of MtHMA2 gene. Phylogenetic analysis and sequence alignment confirmed that MtHMA2 belonged to the P1B-ATPase family. Yeast complementary experiments confirmed that MtHMA2 had the ability to transport Zn and Pb. Fluorescence quantitative analysis of MtHMA2 expression in different plant tissues showed that MtHMA2 was expressed in the whole plant body and high in the plant root. GUS reporter gene driven by MtHMA2 promoter showed that MtHMA2 was mainly expressed in the central axis of the root. Fluorescence quantitative analysis showed that high concentration of zinc could inhibit the expression of MtHMA2 gene in root, while high concentration of Pb could promote the expression of MtHMA2 in root and shoot, and high concentration of Cd could promote the expression of MtHMA2 gene in plant. Overexpression of MtHMA2 in alfalfa roots showed that overexpression of MtHMA2 at a certain concentration of Zn could increase the resistance of plant roots to Zn, but it would make the aerial part sensitive to Zn, which might be related to the transport of heavy metal Zn to the part of the plant. The expression of MtHMA2 gene increased after inoculation of mycorrhizal fungi, but decreased under the co-treatment of Zn and AMF. It may be that mycorrhizal fungi could reduce the transport of Zn to the aboveground part of mycorrhizal fungi. The expression of zinc transporter in rice was analyzed under the condition of Zn and inoculated mycorrhizal fungi. It was found that the OsHMA2 expression of mycorrhizal fungi inoculated with high zinc was significantly increased. The promoter of rice OsHMA2 gene was found to contain CTTC elements regulated by mycorrhiza. The effects of mycorrhizal fungi inoculation on OsHMA2 promoter and OsHMA2 promoter with different CTTC deletion were detected in alfalfa. It was found that AMF could reduce the transcriptional activity of OsHMA2 promoter in alfalfa, and AMF inhibited the transcriptional activity of OsHMA2 promoter by inhibiting CTTC element.
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S542;S511

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