OsSPX3和OsSPX5調控水稻磷信號與磷平衡的功能研究.pdf

1、酵母含SPX結構域基因參與磷信號調控與細胞磷平衡。植物中含SPX結構域的基因參與調控磷信號與體內磷平衡也有報道。研究水稻中SPX結構域基因的功能，有助我們深入了解植物中磷信號的調控途徑。根據數據庫中已知信息，本研究從水稻中克隆了OsSPX5(SPXS)的全長cDNA，并對OsSPX3(SPX3)與SPX5功能進行研究。
　　 水稻SPXs亞家族包含六個基因(SPX1-6)，與擬南芥等物種的系統進化樹分析表明，SPX1和SPX2為

2、CladeⅠ組，SPX4為CladeⅢ組，SPX3、SPX5和SPX6是CladeⅡ組。擬南芥中CladeⅡ組有一個基因而水稻等禾本科植物中進化出了三個種內同源基因PX3、SPX5與SPX6。
　　 在不同營養(yǎng)元素缺失條件處理下，qRT-PCR分析表明SPX3和SPX5受缺磷特異誘導。在phr2突變體中SPX3和SPX5缺磷誘導被抑制，表明SPX3和SPX5的缺磷誘導受磷信號中心調控因子PHR2調控。利用自身啟動子與基因融合GF

3、P(SPX3p-SPX3-GFP和SPX5p-SPX5-GFP)的轉基因植株，進行Western印跡分析，發(fā)現缺磷時SPX3和SPX5蛋白水平是積累的。
　　 亞細胞定位分析表明SPX3和SPX5在細胞核和細胞質中都有表達，預示著兩基因可能在細胞核與細胞質中都有功能。利用原位雜交和兩基因融合GUS(β-glu curoni dase)報告基因(SPX3p-SPX3-GUS和SPX5p-SPX5-GUS)轉基因植株，證明兩基因轉錄

4、和蛋白水平在缺磷下都積累，且表達模式相似，暗示了兩基因可能有相同的功能。
　　 在正常供磷和低磷條件下SPX3和SPX5的超表材料植株受抑制，地上部有效磷減少和根有效磷的積累，磷饑餓響應基因(PSI gene)的表達受到顯著抑制。超表達材料葉中磷下降但磷信號基因表達下降，表明SPX3和SPX5負調控植物磷信號基因表達。我們獲得了SPX3 T-DNA插入突變體(ALNE05)，并且發(fā)展了SPX5 RNAi干涉材料，發(fā)現單獨抑制一個

5、基因的表達其植株在表型和磷濃度與野生型沒有顯著差異。進一步研究表明兩基因抑制植株(spx3/SPX5-Ri3)生長受抑制，葉片磷濃度顯著積累，說明兩基因功能冗余。對spx3/SPX5-Ri3植株缺磷10天然后恢復供磷的實驗表明，該材料供磷后磷饑餓信號表達水平回復到正常水平遲緩，體內磷上升速度激增。我們認為，SPX3和SPX5可以調控根向地上部磷的轉運，并且兩基因對植物適應外界磷濃度變化，維持植物體內磷濃度相對穩(wěn)定發(fā)揮重要作用。
　

6、　 酵母雙雜(yeast two-hybrid，YTH)、蛋白免疫共沉淀(co-immunoprecipitation，co-IP)和雙分子熒光互補(bimolecular fluorescence complementation，BiFC)實驗表明，SPX3和SPX5可以形成同源二聚體也可以形成異源二聚體。根據SPX3和SPX5功能冗余的結果，其同源二聚體或異源二聚體都可能單獨發(fā)揮功能。
　　 由于SPX3和SPX5超表達抑

7、制了水稻磷信號中心調控因子PHR2調控的PSI基因表達。我們發(fā)展了SPX3和SPX5分別與PHR2雙超表達的遺傳材料(PHR2-Ov/SPX3-Ov1;HR2-Ov/SPX5-Ov1)，在雙超表達材料中，由PHR2-Ov造成的地上部磷積累與PSI基因上調表達被抑制達到接近野生型水平。表明SPX3與SPX5是PHR2功能的負調控因子。pho2突變體地上部磷積累，為確定SPX3與SPX5是否參與PHO2下游基因的調控，我們發(fā)展了pho2/S

8、PX3-Ov1和pho2/SPX5-Ov1遺傳材料。磷分析表明，SPX3和SPX5超表達只部分降低pho2突變體地上部磷濃度。因PHR2可直接調控一些磷轉運體，如PT2，在pho2突變體中超表達SPX3和SPX5產生地上部磷濃度部分下降，可能是由SPX3和SPX5通過抑制PHR2引起。體外與體內蛋白互作分析表明，SPX3及SPX5與PHR2蛋白物理互作，支持上述推斷。
　　 以上研究結果表明，SPX3和SPX5兩個種內同源基因功