PDRAD1參與調(diào)節(jié)H+-ATPase活性與有機(jī)酸分泌介導(dǎo)低磷誘導(dǎo)的根際酸化反應(yīng).pdf

1、磷是植物正常生長所必需的大量元素，土壤中的總磷儲(chǔ)量雖然豐富，但多以難溶性磷或有機(jī)磷等形式存在，不可以直接被植物體吸收利用，所以植物經(jīng)常會(huì)面臨低磷的脅迫。在低磷條件下，植物可以通過根際酸化作用促進(jìn)土壤中難溶性磷的溶解，提高植物根際周圍有效磷的濃度，以此增加植物對土壤中磷的吸收和利用。但植物如何感知低磷信號(hào)進(jìn)而調(diào)控根際酸化的分子機(jī)制至今還不清楚。
　　課題在前期工作中，利用pH指示劑溴甲酚紫進(jìn)行原位顯色，依此篩選得到一株根際酸化缺失突

2、變體pdrad1-1。在低磷條件下，該突變體的根際酸化能力弱于WT，花青素含量及側(cè)根密度低于WT，表現(xiàn)出對低磷脅迫不敏感的特性。此外，該突變體葉中磷含量高于WT，且地上部分與地下部分磷含量的比值高于WT，表明其從地下部分到地上部分的磷轉(zhuǎn)運(yùn)能力強(qiáng)于 WT。圖位克隆結(jié)果表明，PDRAD1定位于5號(hào)染色體上端。突變體基因在編碼區(qū)缺失25bp的堿基，移碼突變致使蛋白質(zhì)翻譯提前終止。從Salk實(shí)驗(yàn)室獲得的等位T-DNA插入突變體 pdrad1-2

3、，其在低磷脅迫下表型特征與該突變體表現(xiàn)基本一致。
　　本實(shí)驗(yàn)利用突變體pdrad1-1，pdrad1-2以及轉(zhuǎn)基因回補(bǔ)株系和超表達(dá)株系，進(jìn)一步研究了PDRAD1基因在低磷誘導(dǎo)的根際酸化及磷營養(yǎng)利用方面的作用。利用pH原位顯色法測定植株的根際酸化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在低磷脅迫下，突變體pdrad1-1，pdrad1-2的根際酸化能力一致，均弱于WT；PDRAD1轉(zhuǎn)基因回補(bǔ)株系的根際酸化能力與WT一致；而超表達(dá)株系的根際酸化能力明顯強(qiáng)于W

4、T。另外，轉(zhuǎn)基因回補(bǔ)株系在低磷脅迫下表現(xiàn)出與WT一致的花青素積累及側(cè)根密度增加的典型低磷脅迫特征；且從地下部分到地上部分的磷轉(zhuǎn)運(yùn)能力基本與WT一致，均弱于突變體。以上結(jié)果表明，PDRAD1參與調(diào)節(jié)低磷誘導(dǎo)的根際酸化反應(yīng)和無機(jī)磷在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)。
　　GUS轉(zhuǎn)基因植株染色結(jié)果顯示，該基因在葉片和根中都有表達(dá)，且在低磷處理后染色加深；對 GUS酶活測定，發(fā)現(xiàn)其在低磷脅迫下活性升高。以上結(jié)果說明，低磷誘導(dǎo)PDRAD1表達(dá)。在培養(yǎng)基中加入

5、細(xì)胞質(zhì)膜H+-ATPase特異性抑制劑Na3VO4后，正常和低磷培養(yǎng)基上的根際酸化反應(yīng)均受到了明顯抑制；測定突變體pdrad1-1以及部分超表達(dá)株系根部細(xì)胞質(zhì)膜上 H+-ATPase活性，發(fā)現(xiàn)在低磷脅迫下，突變體 pdrad1-1質(zhì)膜上的H+-ATPase活性顯著低于WT，而超表達(dá)株系質(zhì)膜上的H+-ATPase活性高于WT；此外本實(shí)驗(yàn)還利用液相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用法，測定了植株根系分泌物中的有機(jī)酸含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在低磷脅迫下，突變體根系分泌物中

6、有機(jī)酸含量普遍低于WT，且以琥珀酸含量的差異最為明顯。綜上表明，突變基因可能通過調(diào)節(jié)質(zhì)膜上H+-ATPase的活性和根際有機(jī)酸的分泌來影響突變體的根際酸化能力。另外，對突變體及超表達(dá)株系的側(cè)根及根毛密度觀測分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，突變體pdrad1-1的側(cè)根及根毛密度均小于野生型WT，而超表達(dá)植株的根毛密度大于野生型WT，由以上結(jié)果推測，PDRAD1影響了植株側(cè)根與根毛的形成和發(fā)育。
　　本實(shí)驗(yàn)還對不同濃度氮源處理下的突變體進(jìn)行了生理生化