水稻磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因OsPht2;1的功能研究.pdf

1、磷是植物生長過程中必需的三大營養(yǎng)元素之一，是植物體內(nèi)核酸、磷脂和ATP的重要組成成分。雖然土壤中磷素總量很多，但由于化學(xué)和微生物的強(qiáng)烈固定，大多數(shù)自然土壤中可溶性磷很低，限制著植物的生長發(fā)育。為適應(yīng)低磷脅迫，植物在根系結(jié)構(gòu)、磷吸收和體內(nèi)磷周轉(zhuǎn)利用等方面形成各種適應(yīng)機(jī)制。水稻是重要的糧食作物與模式植物，因此研究水稻對磷的吸收利用和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理以便更好的利用有限的磷資源，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。植物通過在根系細(xì)胞膜上表達(dá)多種不同親和力的磷轉(zhuǎn)運(yùn)

2、蛋白來吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)土壤中的可溶性磷，再通過轉(zhuǎn)運(yùn)與再分配滿足植物各組織對磷素的需求。迄今為止，水稻中大多數(shù)被分離和鑒定的磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白都屬于高親和的Pht1家族，而對Pht2家族基因的研究還不夠深入。因此研究OsPht2;1在磷素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和再分配的功能，對于揭示植物高效利用和轉(zhuǎn)運(yùn)磷營養(yǎng)的機(jī)理具有重要意義。
　　本試驗(yàn)以水稻磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Pht2家族基因唯一成員OsPht2;1為研究對象，以粳稻品種日本晴為試驗(yàn)材料，通過RT-PCR、Q-PC

3、R以及水稻轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，研究了OsPht2;1的表達(dá)特征和功能，所獲得的主要結(jié)果如下:
　　1.對水稻OsPht2;1進(jìn)行生物信息學(xué)分析，結(jié)果表明該基因編碼一個(gè)572個(gè)氨基酸的蛋白，預(yù)測為十三次跨膜蛋白;對編碼氨基酸與系統(tǒng)進(jìn)化樹分析表明Pht2家族基因功能保守。通過RT-PCR與Q-PCR等方法對OsPht2;1的表達(dá)模式進(jìn)行分析，結(jié)果表明:OsPht2;1主要在葉部表達(dá)，并在缺磷條件下表達(dá)量增加，同時(shí)OsPht2;1的表達(dá)受光照

4、調(diào)控。
　　2.通過野生型及超表達(dá)OsPht2;1基因的轉(zhuǎn)基因水稻在正常供磷和低磷條件下的水培試驗(yàn)研究結(jié)果表明:在正常供磷條件下，超表達(dá)OsPht2;1基因提高水稻對磷酸鹽的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，植株中地下部可溶性磷含量較野生型提高20％左右，地上部可溶性磷含量較野生型提高30％左右，超表達(dá)株系生物量較野生型提高28％左右。在低磷條件下，OsPht2;1超表達(dá)株系植株地下部可溶性磷含量與野生型相比沒有顯著差異，而在地上部的可溶性磷含量較野生

5、型提高40％左右，生物量較野生型提高30％左右，以上試驗(yàn)結(jié)果表明OsPht2;1在水稻磷酸鹽的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中起著非常重要的作用。
　　3.通過對正常供磷和低磷水培條件下OsPht2;1基因超表達(dá)材料的根系形態(tài)的研究表明，OsPht2;1超表達(dá)后對根系構(gòu)型產(chǎn)生影響。OsPht2;1基因的超表達(dá)會造成植株總根長、根系總表面積、根系體積、根尖數(shù)等某些指標(biāo)不同程度的增加。
　　4.通過對OsPht2;1超表達(dá)株系在不同磷肥用量的盆

6、栽試驗(yàn)研究表明，在三個(gè)磷肥用量條件下（低、中和高）超表達(dá)材料倒一葉、倒二葉、倒三葉與穗柄中全磷含量較野生型顯著提高。而在大田試驗(yàn)中超表達(dá)材料中倒一葉、倒二葉、倒三葉與穗柄中的全磷含量顯著提高，并有助于提高植株產(chǎn)量。
　　5.分析了正常供磷條件下OsPht2;1超表達(dá)株系中Pht1家族成員表達(dá)情況。結(jié)果表明OsPht2;1超表達(dá)會導(dǎo)致植株葉部對磷的轉(zhuǎn)運(yùn)與利用作用加強(qiáng)，從而影響根系對磷的吸收，并影響Pht1家族基因的表達(dá)豐度。