鉀離子轉(zhuǎn)運蛋白OsHAK5調(diào)控水稻株型機理的探究.pdf

1、鉀是植物生長發(fā)育過程中所必需的大量營養(yǎng)元素，其參與植物生長發(fā)育過程中的多種生理生化過程，植物體吸收外界環(huán)境中的鉀離子主要是通過鉀轉(zhuǎn)運體實現(xiàn)的，主要包括鉀離子通道，和鉀離子轉(zhuǎn)運蛋白兩大類。HAK/KT/KUP家族是目前報道的植物體內(nèi)最大的鉀離子轉(zhuǎn)運體家族，預(yù)測在擬南芥中有13個成員，水稻中有27個成員。前期研究結(jié)果表明，低鉀環(huán)境下該家族成員基因OsHAK5對于水稻鉀離子的吸收以及由地下部往地上部轉(zhuǎn)運的過程發(fā)揮著重要的作用。此外，通過連續(xù)多

2、代的田間試驗發(fā)現(xiàn)，與野生型相比超表達植株株高降低，分蘗數(shù)增加。相反，敲除該基因后，水稻分蘗減少，且結(jié)實率大幅下降，另外，該基因敲除水稻的株高也顯著低于野生型非轉(zhuǎn)基因的水稻。本論文以日本晴背景的OsHAK5超表達水稻和東粳背景的突變體水稻為研究材料，主要研究水稻鉀離子轉(zhuǎn)運蛋白基因OsHAK5改變水稻株型的機制。主要研究結(jié)果如下:
　　1.檢測超表達和突變體材料內(nèi)獨腳金內(nèi)酯合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因表達水平發(fā)現(xiàn)，獨腳金內(nèi)酯合成相關(guān)基因Os

3、D17和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因OsD14在超表達材料的地下部和地上部中表達量均明顯提高，而在突變體材料中則明顯降低。說明D14和D17基因可能參與調(diào)控本實驗研究材料株高分蘗的變化。
　　2.通過GUS染色結(jié)果發(fā)現(xiàn)，缺鉀能夠誘導(dǎo)OsHAK5在側(cè)根原基以及側(cè)根中的表達，進一步對缺鉀條件下不同材料主根以及側(cè)根的發(fā)育進行觀察，缺鉀條件下超表達材料根尖區(qū)域根毛的生長則受到促進，而缺鉀對側(cè)根的影響不大。突變體材料表現(xiàn)出低鉀敏感型，根系生長的抑制作用

4、加劇，側(cè)根長度進一步縮短。測定各部位鉀離子含量發(fā)現(xiàn)，主根根系表型變化似乎與鉀離子的濃度無關(guān)，進一步檢測了主根根尖生長素的流速以及根尖和根莖結(jié)合處生長素的含量，結(jié)果顯示，與野生型相比，超表達材料主根根尖生長素的流速明顯大于野生型，根尖部生長素含量降低而根莖結(jié)合處生長素含量較高。突變體材料根尖生長素的流速較低，生長素在根尖處和根莖結(jié)合處的含量都較低。表明生長素可能參與調(diào)控水稻的株型。
　　3.通過組織培養(yǎng)技術(shù)獲得OsHAK5-RNAi

5、日本晴背景轉(zhuǎn)基因水稻，繁種發(fā)現(xiàn)OsHAK5-RNAi轉(zhuǎn)基因水稻育性也降低，約為55～65％。通過顯微觀察，掃描電鏡和投射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，部分突變體花器官發(fā)育不良，花粉?；钚暂^低，進一步觀察揚花后散落在柱頭的花粉數(shù)目以及體內(nèi)體外的萌發(fā)實驗，發(fā)現(xiàn)突變體花粉較少，花粉活性低不能正常進行萌發(fā)以及花粉管的伸長。
　　4.檢測OsHAK5在生殖器官中的表達模式發(fā)現(xiàn)，OsHAK5在胚、種殼、花軸和花藥中高度表達，暗示著該基因可能參與鉀離子從營養(yǎng)器

6、官向生殖器官，以及在生殖器官中向不同組織和細胞的轉(zhuǎn)運。檢測各部位鉀離子的含量發(fā)現(xiàn)，突變體花器官中鉀離子的含量較低，且隨著花器官發(fā)育的推進鉀離子積累的趨勢不明顯。進一步檢測花器官中的ROS含量發(fā)現(xiàn)，在突變體花器官發(fā)育后期ROS呈現(xiàn)大量積累的趨勢，推測由于鉀養(yǎng)分缺乏脅迫所引起的ROS信號的產(chǎn)生。
　　5在異源酵母實驗發(fā)現(xiàn)，OsHAK5對外界pH敏感且在酵母細胞中能調(diào)節(jié)pH的穩(wěn)態(tài)。表明，OsHAK5的超表達和突變可能導(dǎo)致生長素流經(jīng)途徑細