不同基因型玉米根系對低磷脅迫響應(yīng)機(jī)理初步研究.pdf

1、磷是植物在生長發(fā)育中所必須的大量元素之一。然而土壤有效磷濃度非常低，通常只有1μm左右，遠(yuǎn)不能滿足植物生長所需的磷素。在玉米栽種區(qū)土壤有效磷不足是限制玉米產(chǎn)量和增加生產(chǎn)成本的重要因素之一，因此利用作物固有的生物學(xué)特性，挖掘作物自身對土壤磷素高效吸收利用的潛力是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中利用低磷土壤有效策略之一。本文以兩個(gè)不同基因型玉米品種為材料，應(yīng)用RT-PCR對部分低磷脅迫誘導(dǎo)基因進(jìn)行驗(yàn)證，并利用基因芯片、蛋白組學(xué)等方法研究玉米根系對低磷脅迫的基因和

2、蛋白質(zhì)表達(dá)應(yīng)答，進(jìn)而探索玉米根系對低磷脅迫響應(yīng)機(jī)理，主要結(jié)果如下:
　　 1、低磷脅迫對玉米根系形態(tài)和生理生化特性的影響。
　　 經(jīng)低磷處理的兩個(gè)不同基因型玉米DSY-79和DSY-2幼苗根系具有明顯的差異。由于磷素在土壤中的移動(dòng)性差，因此發(fā)達(dá)的根系在植物有效從土壤中吸收磷素方面起著重要作用。與DSY-79相比，DSY-2根系的平均長度、表面積、投影面積、體積、側(cè)根數(shù)量均有顯著的增加，這一系列變化增加了根系與根際環(huán)境的接

3、觸面積，提高了DSY-2對磷素的吸收能力。酸性磷酸酶活性測定結(jié)果表明，在低磷脅迫下兩個(gè)基因型玉米根尖酸性磷酸酶的活性均有所提高，但DSY-2的酸性磷酸酶活性明顯大于DSY-79，酸性磷酸酶活性的增加有利于植株體內(nèi)有機(jī)磷的重復(fù)利用。根系活力分析表明，在低磷脅迫下DSY-2根系活力顯著提高，而根系活力的提高能夠促進(jìn)根系對磷素及其它養(yǎng)分的吸收。
　　 2、低磷脅迫對玉米根系基因表達(dá)的影響。
　　 基因芯片的分析結(jié)果表明，DSY

4、-2根系在低磷脅迫下誘導(dǎo)的基因類型、數(shù)量和上調(diào)倍數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于DSY-79。低磷脅迫下DSY-2根系中多種功能基因表達(dá)水平上調(diào)。受誘導(dǎo)的功能基因主要有:磷素吸收、動(dòng)員與能量代謝、物質(zhì)代謝、細(xì)胞生長與細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、物質(zhì)運(yùn)輸與基團(tuán)轉(zhuǎn)運(yùn)、脅迫響應(yīng)與防御、細(xì)胞信號受體與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因。這些基因的表達(dá)量的變化在增強(qiáng)植株吸收磷素、提高磷利用效率方面起著重要作用，這很可能是DSY-2表現(xiàn)為耐低磷性狀的主要分子機(jī)制。
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5、、低磷脅迫誘導(dǎo)基因的RT-PCR驗(yàn)證。
　　 RT-PCR結(jié)果表明低磷脅迫下DSY-2根系中酸性磷酸酶基因、有機(jī)酸分泌相關(guān)基因、質(zhì)子分泌相關(guān)基因、轉(zhuǎn)運(yùn)子基因、通道蛋白相關(guān)基因、選擇性糖酵解途徑相關(guān)基因和選擇性線粒體呼吸途徑相關(guān)基因均有明顯的誘導(dǎo)表達(dá)。而DSY-79中僅有與有機(jī)酸分泌相關(guān)基因中的檸檬酸合成酶基因、轉(zhuǎn)運(yùn)子基因中的三類基因和通道蛋白基因中的一種基因有誘導(dǎo)表達(dá)。
　　 4、低磷脅迫對玉米根系蛋白質(zhì)表達(dá)的影響。

6、r>　　 蛋白組學(xué)的研究結(jié)果表明，低磷脅迫對DSY-2根系蛋白組有明顯的影響，通過質(zhì)譜鑒定出低磷脅迫能誘導(dǎo)ACC氧化酶、真核翻譯起始因子5A、鈣調(diào)蛋白、腺苷高半胱氨酸酶、驅(qū)動(dòng)蛋白家族、戊烯基轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)。DSY-79和DSY-2根系正常供磷水平下也有明顯的差異，通過質(zhì)譜鑒定出的DSY-2差異表達(dá)蛋白主要有真核翻譯起始因子5A、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶Ⅲ、核苷二磷酸激酶、肽基脯氨酸順反異構(gòu)酶、過氧化物酶、GTP酶結(jié)合蛋白、超氧化物歧化酶。這些蛋白