大豆根部特異表達的磷轉(zhuǎn)運子基因GmPT4的功能分析.pdf

1、磷是植物正常生長所必需的營養(yǎng)元素。盡管大部分的土壤全磷含量都比較高，但磷很容易被土壤所固定，因此，其有效性較低，難以被植物直接吸收利用。大豆（Glycine max）是重要的經(jīng)濟作物，土壤有效磷缺乏制約了大豆的生長，影響其產(chǎn)量和質(zhì)量。根系是植物吸收養(yǎng)分的主要器官，而植物對外界磷的吸收和轉(zhuǎn)運主要依賴于根系中的Pht1磷轉(zhuǎn)運蛋白家族。因此，為了提高大豆的磷吸收效率，開展大豆 Pht1磷轉(zhuǎn)運子的研究顯得非常重要。本研究首先比較了大豆測序品種威

2、廉姆斯82和本校選育的磷高效大豆品系粵春03-3的磷效率，接著分析了大豆Pht1磷轉(zhuǎn)運子家族基因?qū)α诐舛茸兓捻憫?yīng)，篩選出根部特異的、對磷響應(yīng)敏感的磷轉(zhuǎn)運子GmPTs，并進一步分析大豆磷轉(zhuǎn)運子 GmPTs轉(zhuǎn)錄后磷酸化調(diào)控機制，在此基礎(chǔ)上，對篩選出來的磷轉(zhuǎn)運子GmPT4進行相關(guān)的生理與分子試驗，探討其在大豆應(yīng)對低磷環(huán)境過程中的功能。主要結(jié)果如下：
　　1）水培條件下，低磷處理顯著抑制了大豆的生長。和正常供磷相比，低磷條件下植株生物量

3、和根系的生長受到抑制，受抑制程度隨著處理時間的延長而增大。試驗所用的兩個品種大豆對磷的響應(yīng)存在著基因型差異，粵春03-3對磷的吸收利用效率要優(yōu)于威廉姆斯82。
　　2）大豆GmPht1磷轉(zhuǎn)運蛋白家族基因?qū)Χ唐诹诐舛茸兓捻憫?yīng)。結(jié)果表明：大部分磷轉(zhuǎn)運子在外界供磷濃度降低時會受到不同程度的誘導(dǎo)。其中 GmPT1受到誘導(dǎo)的程度最高、GmPT4次之，其它的GmPTs表達水平都相對較低；而GmPT7與GmPT13的表達量變化呈明顯的上下波動

4、，表明其變化可能與晝夜更替有關(guān)。另外，GmPT4在缺磷條件下，表達量迅速上升，在缺磷36h時達到最大值，回補磷后其表達量迅速下降。GmPT4的表達量隨著外界磷濃度變化而變化，表明其可能是根部特異的磷響應(yīng)敏感的磷轉(zhuǎn)運子。
　　3）高低磷處理條件下大豆 GmPTs在根不同部位的表達。結(jié)果表明：GmPT1、GmPT4、GmPT7、GmPT12、GmPT13主要在低磷條件下的側(cè)根表達，GmPT2、GmPT3、GmPT6在低磷條件下的側(cè)根和

5、主根處都有表達，GmPT5則主要在低磷條件下的主根表達，而GmPT14在高磷條件下的側(cè)根表達較高，GmPT8、GmPT9、GmPT10在高低磷處理中植物各部位的表達差異不明顯。
　　4）對候選基因GmPT4進行生物信息學(xué)分析，其含有12個保守的跨膜結(jié)構(gòu)域，啟動子區(qū)域含有1個P1BS和3個W-box元件。磷酸化位點預(yù)測分析表明其含有19個可能的磷酸化位點，其中第509位Ser（絲氨酸）和第514位Ser分值最高。亞細胞定位分析表明，

6、GmPT4定位于質(zhì)膜上。GmPT4啟動子融合GUS染色分析表明，高磷條件下，GmPT4主要在中柱表達，而低磷條件下，GmPT4主要在表皮、皮層和中柱表達。
　　5）酵母回補試驗表明，GmPT4及其點突變體能部分回補酵母突變體 MB192高親和磷轉(zhuǎn)運功能；對GmPT4可能的磷酸化位點進行點突變，將第509位Ser（絲氨酸）突變?yōu)锳la（丙氨酸），并不影響其功能及定位；而將第514位Ser突變?yōu)锳la時，GmPT4的定位不發(fā)生改變，但