磷匱乏影響玉米根系發(fā)育機(jī)制的研究.pdf

1、土壤有效磷供給不足和磷資源匱乏將引起未來(lái)的農(nóng)業(yè)危機(jī)。在我國(guó)玉米主栽區(qū)，土壤有效磷不足已成為限制作物產(chǎn)量和增加生產(chǎn)成本的重要因素之一。同時(shí)，磷肥的大量使用也帶來(lái)了水域富營(yíng)養(yǎng)化等生態(tài)問(wèn)題。因此，利用作物固有的生物學(xué)特性，挖掘作物自身對(duì)磷素高效吸收利用的潛力來(lái)解決上述問(wèn)題已成為植物生物學(xué)研究中的熱點(diǎn)領(lǐng)域。由于土壤磷素移動(dòng)性差，根系的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)磷素吸收尤為重要，同時(shí)根系還可通過(guò)合成生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)(如CTK、ABA等)來(lái)調(diào)控整個(gè)植株的狀態(tài)

2、包括葉片衰老、光合速率、氣孔開(kāi)度等。玉米是最重要的農(nóng)作物之一，其根系特點(diǎn)與擬南芥明顯不同，其發(fā)育調(diào)控機(jī)理也可能有差異，研究磷營(yíng)養(yǎng)影響玉米根系發(fā)育的機(jī)制對(duì)于培育磷高效玉米新材料有重要意義。
　　 本研究以玉米骨干自交系齊319(Q319)和其細(xì)胞工程突變體99038去胚乳幼苗為材料，比較了它們?cè)诓煌┝姿较碌霓D(zhuǎn)錄組差異；分析了低磷誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子基因ZmPT目的表達(dá)強(qiáng)度變化對(duì)玉米植株生長(zhǎng)發(fā)育的影響及其作用機(jī)制；克隆了與生長(zhǎng)素濃度梯

3、度形成與維持相關(guān)的包含Zea mays auxin transporterprotein3(ZmAUX1)在內(nèi)的4個(gè)生長(zhǎng)素極性轉(zhuǎn)運(yùn)流入載體基因和包含ZmPIN1α和ZmPIN1b在內(nèi)的13個(gè)生長(zhǎng)素極性轉(zhuǎn)運(yùn)流出載體基因，并進(jìn)行了表達(dá)譜分析和啟動(dòng)子序列分析；利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將正反向的ZmAUX1、ZmPIN1α和ZmPIN1b基因?qū)氲搅擞衩坠歉勺越幌礑H4866中，獲得了純合的轉(zhuǎn)基因植株，對(duì)轉(zhuǎn)基因植株的生長(zhǎng)發(fā)育狀況、產(chǎn)量性狀、根系構(gòu)型和對(duì)

4、低磷環(huán)境的反應(yīng)進(jìn)行了分析。在本工作中，獲得了具有很好應(yīng)用前景的轉(zhuǎn)ZmPTF1基因和轉(zhuǎn)ZmPIN1α基因的玉米育種材料。
　　 玉米自交系Q319和99038的根系轉(zhuǎn)錄組比較分析
　　 利用玉米全基因組芯片(microarray)檢測(cè)了低磷處理0、2、8d的玉米自交系Q319和99038的根尖和側(cè)根原基發(fā)生區(qū)的轉(zhuǎn)錄組變化。該芯片含47K的玉米寡核苷酸探針，后者代表3萬(wàn)多個(gè)基因。設(shè)在3個(gè)生物學(xué)重復(fù)中符合ratio≤0.66

5、orratio≥1.5且p≤0.1(t-test)的基因?yàn)橛幸饬x的差異基因。低磷處理前，在根尖區(qū)中99038比Q319中表達(dá)上調(diào)的基因有470個(gè)，表達(dá)下調(diào)的基因有542個(gè)；而在側(cè)根原基發(fā)生區(qū)99038比Q319中表達(dá)上調(diào)的基因?yàn)?21個(gè)，表達(dá)下調(diào)的有572個(gè)。在低磷處理2d后，與Q319的相比，99038根尖表達(dá)上調(diào)的基因有343個(gè)，下調(diào)的有245個(gè)；在側(cè)根原基發(fā)生區(qū)99038比Q319上調(diào)表達(dá)的基因有272個(gè)，下調(diào)表達(dá)的有270個(gè)。在

6、低磷處理8d后，在根尖區(qū)，99038比Q319表達(dá)上調(diào)的基因?yàn)?84個(gè)，表達(dá)下調(diào)的為812個(gè)；在側(cè)根原基發(fā)生區(qū)99038比Q319表達(dá)上調(diào)的基因?yàn)?01個(gè)，表達(dá)下調(diào)的為457個(gè)。這些差異表達(dá)基因的功能分類(lèi)表明，Q319和99038根系在低磷處理的不同時(shí)間點(diǎn)上存在著不同的應(yīng)答反應(yīng)，根的不同部位對(duì)低磷脅迫的響應(yīng)也存在差異。在這些差異表達(dá)基因中，約有50％的差異基因功能不清楚，其余大多數(shù)與代謝相關(guān)，其次與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞增殖關(guān)聯(lián)等。這

7、些結(jié)果表明，玉米根系對(duì)低磷脅迫的應(yīng)答是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，存在多個(gè)適應(yīng)或調(diào)節(jié)機(jī)制。
　　 在低磷處理前，一些參與乙烯和生長(zhǎng)素代謝及信號(hào)途徑的基因，其表達(dá)強(qiáng)度在兩基因型之間存在顯著差異。1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid(ACC)oxidase編碼基因(對(duì)應(yīng)探針號(hào)：TM00025945、TM00042027)和acc synthase編碼基因(TM00018872)的表達(dá)在99038的側(cè)根原基發(fā)

8、生區(qū)顯著低于Q319的，而在根尖區(qū)卻高于Q319的，提示由腺苷甲硫氨酸生成乙烯的強(qiáng)度可能在99038和Q319的不同部位根區(qū)段中存在差異。在乙烯信號(hào)途徑中位于CTR1下游的膜結(jié)合蛋白EIN2(ethylene insensitive2，TM00057348)和乙烯應(yīng)答轉(zhuǎn)錄因子(ethylene-responsive factor-like protein1，ERF1，TM00030445)和ethylene-responsive sma

9、ll GTP-binding protein(TM00014304)在99038側(cè)根原基發(fā)生區(qū)的表達(dá)量也顯著低于Q319的，乙烯響應(yīng)元件結(jié)合蛋白(ethylene responsive elementbinding factor3，TM00018574和TM00042351)等基因的表達(dá)在99038的根尖高于Q319的。這些結(jié)果表明乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑參與了99038更發(fā)達(dá)根系的形成。
　　 生長(zhǎng)素是調(diào)控植物根系發(fā)育的核心激素之一，

10、參與了植物對(duì)低磷脅迫的反應(yīng)。生長(zhǎng)素的極性轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)生長(zhǎng)素濃度梯度的形成、生長(zhǎng)素信號(hào)的啟動(dòng)、生長(zhǎng)素調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程至關(guān)重要。生長(zhǎng)素極性轉(zhuǎn)運(yùn)流入載體AUX1-like permease(TM00029483)的表達(dá)在99038根尖和側(cè)根原基發(fā)生區(qū)顯著高于Q319的，可能與99038側(cè)根數(shù)量有關(guān)。TM00003447編碼phosphatase2A的調(diào)節(jié)亞單位，在99038的側(cè)根發(fā)生區(qū)表達(dá)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于Q319的。該酶通過(guò)磷酸化與去磷酸化作用可逆調(diào)節(jié)生

11、長(zhǎng)素流出載體PIN蛋白的分布，這暗示著在該區(qū)段生長(zhǎng)素流出速率大幅度降低，有利于生長(zhǎng)素在此處的積累。PGP1(TM00020888)是參與生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸?shù)牧硪活?lèi)載體，也在兩個(gè)基因型中的表達(dá)強(qiáng)度差異表達(dá)。TM00047995編碼IAA-Alahydrolase，該酶水解IAA-Ala復(fù)合物產(chǎn)生有活性的IAA，在側(cè)根發(fā)生區(qū)99038的轉(zhuǎn)錄豐度顯著高于Q319的，而在根尖區(qū)卻低于Q319的，這與99038的根系形態(tài)相對(duì)應(yīng)。Tryptophan

12、synthase(TM00016868)、putative tyrosine/dopa decarboxylase(TM00005060)、indole-3-glycerol phosphate lyase(TM00005958)和cinnamic acid4-hydroxylase(YUCCA，TM00025513)等IAA生物合成中的關(guān)鍵酶基因也在這兩個(gè)基因型間差異表達(dá)，可能導(dǎo)致局部IAA的合成或活性IAA的濃度在99038和Q31

13、9中出現(xiàn)差異。另外，玉米中的生長(zhǎng)素結(jié)合蛋白auxin binding protein1(ABP1，TM00041857)、auxin-induced in root cultures protein12(TM00055925)和GH3家族成員(TM00048104)等生長(zhǎng)素信號(hào)途徑或應(yīng)答基因在兩個(gè)基因型之間的表達(dá)也出現(xiàn)差異。以上這些差異暗示著根系不同區(qū)段的IAA含量及活性的變化、以及信號(hào)途徑及下游基因的表達(dá)差異很可能是造成兩個(gè)基因型根系

14、形態(tài)差異的主要因素之一。
　　 生長(zhǎng)素和乙烯的合成、代謝和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及調(diào)控參與了玉米對(duì)低磷脅迫的應(yīng)答。在低磷處理2d和8d的植株中，生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸和分布調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)在99038和Q139之間存在明顯差異，可能低磷脅迫通過(guò)影響生長(zhǎng)素極性轉(zhuǎn)運(yùn)而影響整個(gè)植株的生長(zhǎng)狀態(tài)。與足磷供給條件下相比，MAP3K、MAPK4、MAPK5、MAPK6等基因在根尖區(qū)呈下調(diào)表達(dá)，MAPK信號(hào)系統(tǒng)可能參與了低磷脅迫信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)及代謝變化。乙烯信號(hào)途徑中

15、的EIN3、ERF1、赤霉素信號(hào)途徑中的Gibberellin-regulated protein2等基因的差異表達(dá)可能與低磷脅迫下側(cè)根發(fā)生和兩個(gè)基因型在低磷脅迫下的根系差異有關(guān)。99038和Q319對(duì)生長(zhǎng)素、乙烯信號(hào)反應(yīng)的差異很可能是造成它們對(duì)低磷脅迫響應(yīng)差異的重要原因。
　　 一些轉(zhuǎn)錄因子和在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及生長(zhǎng)發(fā)育中起重要作用的基因，如14-3-3、ABP1、AUX1、RHD3、ROP6、SGR2、BRI1等，在兩個(gè)基因型間或/

16、和在低磷處理前后出現(xiàn)表達(dá)豐度的差異，提示它們參與了玉米根系發(fā)育的調(diào)控和對(duì)低磷脅迫耐的響應(yīng)，可作為玉米根系改良和磷高效育種的操控靶標(biāo)。
　　 過(guò)表達(dá)ZmPTF1改進(jìn)了玉米根系發(fā)育和耐低磷特性
　　 前期工作中，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)RACE的方法克隆到ZmPTF1基因，該基因編碼具有bHLH(basic helix-loop-helix domain)結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子，與水稻的OsPTF1有高的相似性。該基因在根中受低磷脅迫誘導(dǎo)表達(dá)。

17、ZmPTF1過(guò)表達(dá)株系在不同介質(zhì)培養(yǎng)條件下根系發(fā)達(dá)，根系明顯大于對(duì)照和轉(zhuǎn)反義基因植株的。當(dāng)生長(zhǎng)于低磷土壤中，ZmPTF1過(guò)表達(dá)株系具有較多的雄穗分支數(shù)和較飽滿(mǎn)的籽粒，受低磷脅迫影響較小。過(guò)表達(dá)ZmPTF1導(dǎo)致了一些低磷脅迫響應(yīng)基因如RNases、vacuolar H+pyrophosphatase(H+-PPase)、PEP carboxykinase等在正常磷供給下高量表達(dá)。糖含量測(cè)定表明，ZmPTF1過(guò)表達(dá)株系葉片中可溶性糖濃度(G

18、lu+Fm+Suc)低于對(duì)照和轉(zhuǎn)反義基因植株的，而根中的可溶性糖濃度高于對(duì)照和轉(zhuǎn)反義基因植株的。對(duì)蔗糖合成和分解代謝相關(guān)基因的表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)ZmPTF1導(dǎo)致了蔗糖合成關(guān)鍵基因fructose-1，6-bisphosphatase和sucrosephosphate synthase1的表達(dá)在葉片中顯著提高，在根中明顯低于對(duì)照植株的。同時(shí)，參與蔗糖代謝的酶基因在過(guò)表達(dá)株系根中的表達(dá)量也低于對(duì)照的。ZmPTF1過(guò)表達(dá)導(dǎo)致了玉米代謝和根系

19、形態(tài)發(fā)生變化，當(dāng)遭受低磷脅迫時(shí)，這些特征能促進(jìn)過(guò)表達(dá)株系較快適應(yīng)低磷環(huán)境，減少了低磷對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響。該工作為深入了解ZmPTF1-耐低磷-根系形態(tài)-糖之間的關(guān)系積累了重要資料，提供了一個(gè)通過(guò)基因工程育種來(lái)提高作物對(duì)低磷環(huán)境的耐性的成功實(shí)例。獲得的轉(zhuǎn)基因材料已通過(guò)轉(zhuǎn)基因生物安全性中間試驗(yàn)，并提供給多家育種單位用于育種。生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸相關(guān)基因在玉米根系發(fā)育中的表達(dá)變化
　　 生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸使生長(zhǎng)素在植株體內(nèi)形成以器官頂端

20、為中心的濃度梯度，并維持植物不同組織中的生長(zhǎng)素濃度差，以調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育。介導(dǎo)生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸?shù)牡鞍子蠥UX1/LAX家族、PIN-formed家族，ABCB家族蛋白。擬南芥和水稻中分別含有4個(gè)可能的生長(zhǎng)素流入載體，8個(gè)和12個(gè)PIN蛋白家族成員。通過(guò)生物信息學(xué)預(yù)測(cè)和RT-PCR從玉米克隆出4個(gè)可能的生長(zhǎng)素流入載體，13個(gè)可能的生長(zhǎng)素流出載體。與擬南芥和水稻中生長(zhǎng)素輸入/出載體相比較，發(fā)現(xiàn)早期報(bào)道的玉米ZmAUX1(rename=Zm

21、auxin transporter protein3)與擬南芥auxintransporter2和3、水稻Os auxin transporter protein3的序列相近，在氨基酸組成、長(zhǎng)度、等電點(diǎn)和分子量上差異不大。在克隆的13個(gè)可能的玉米生長(zhǎng)素流出PIN-like基因中，與AtPIN1同源的基因有4個(gè)，分別為ZmPIN1α、ZmPIN1b、ZmPIN1c和ZmPIN1d。ZmPIN1b和ZmPIN1c在玉米基因組上對(duì)應(yīng)于同一段序

22、列，推測(cè)認(rèn)為它們是同一mRNA前體可變剪接的產(chǎn)物，與OsPIN1α有較新的相似性。ZmPIN1α是水稻OsPIN1c的同源基因，玉米ZmPIN1d與水稻OsPIN1b和OsPIN1d親緣關(guān)系近。與AtPIN5同源的玉米基因有5個(gè)，分別定位于玉米的3、4、8、2、1染色體上，編碼產(chǎn)物相似性較高。與AtPIN8同源的玉米基因只1個(gè)，命名為ZmPIN8。在玉米中還有一個(gè)與水稻OsPIN9同源的基因，命名為ZmPIN9。未找到AtPIN2、4t

23、PIN4、AtPIN6和AtPIN7在玉米中的同源基因，在水稻基因組中也未發(fā)現(xiàn)AtPIN4、AtPIN6和AtPIN7的同源基因。
　　 啟動(dòng)子元件分析發(fā)現(xiàn)Zm auxin transporter protein3可能更多的參與干旱脅迫誘導(dǎo)的反應(yīng)，而Zm auxin transporter protein2和Zm auxin transporter protein4則在傷害反應(yīng)中起作用。PIN1家族對(duì)冷、熱脅迫的響應(yīng)可能主要是通

24、過(guò)ZmPIN1b/c完成的，而ZmPIN1α在干旱、ABA的應(yīng)答反應(yīng)中起主要作用。ZmPIN1α表達(dá)可能是受干旱、內(nèi)源ABA、GA、乙烯等調(diào)控，在植株形態(tài)建成和生長(zhǎng)發(fā)育中起重要作用。ZmPIN3b基因可能受MYBHv1的調(diào)控。ZmPIN3α和ZmPIN3b可能參與了損傷反應(yīng)及形態(tài)發(fā)生，并對(duì)環(huán)境脅迫發(fā)生反應(yīng)，受玉米素、赤霉素和生長(zhǎng)素濃度梯度或信號(hào)途徑的調(diào)控。
　　 ZmAUX1在地上部分的表達(dá)豐度遠(yuǎn)高于根中，如在萌發(fā)4d的小苗中幼

25、葉的表達(dá)豐度是幼根的5倍多。推測(cè)該基因在生長(zhǎng)素從地上部分向地下部的轉(zhuǎn)運(yùn)中起關(guān)鍵作用。生長(zhǎng)素流出載體ZmPIN1b，ZmPIN1α表達(dá)強(qiáng)度相對(duì)高，ZmPIN3α，ZmPIN3b、ZmPIN5α、ZmPIN5b、ZmPIN5c、ZmPIN8、ZmPIN9的表達(dá)在5葉期玉米中表達(dá)強(qiáng)度很低。這些基因在種子萌發(fā)期活躍表達(dá)暗示著它們參與了植株早期生長(zhǎng)與發(fā)育。生長(zhǎng)素極性轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因在5葉期玉米的葉片、側(cè)根發(fā)生區(qū)和根尖區(qū)具有不同的表達(dá)豐度。各基因?qū)Φ土?/p>

26、脅迫的響應(yīng)也與器官部位有關(guān)。在側(cè)根發(fā)生區(qū)ZmAUX1、ZmPIN1α、ZmPIN1b受低磷脅迫的誘導(dǎo)，而ZmPIN1c表達(dá)卻被低磷脅迫抑制。在根尖和葉片中ZmPIN1α的表達(dá)受低磷脅迫的誘導(dǎo)，而其它基因的表達(dá)受到抑制。
　　 以上結(jié)果表明，生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸相關(guān)基因參與了玉米形態(tài)建成和生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控，參與了對(duì)低磷脅迫的應(yīng)答。
　　 轉(zhuǎn)ZmPIN1α/1b基因和ZmAUX1基因?qū)τ衩咨L(zhǎng)發(fā)育和磷脅迫抗性的影響
　　 在

27、對(duì)生長(zhǎng)素極性轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因分析的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建了ZmPIN1α、ZmPIN1b和ZmAUX1的正、反向植物表達(dá)載體，通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化法將它們分別導(dǎo)入到玉米優(yōu)良自交系DH4866中，獲得了純合的轉(zhuǎn)基因植株，在此基礎(chǔ)上研究了ZmPIN1α、ZmPIN1b和ZmAUX1的表達(dá)強(qiáng)度變化對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育、根系構(gòu)型和對(duì)低磷環(huán)境反應(yīng)的影響。
　　 轉(zhuǎn)正義ZmPIN1b或ZmPIN1α基因植株的根系比WT和轉(zhuǎn)反義基因植株的發(fā)達(dá)，其中以轉(zhuǎn)正義Zm

28、PIN1α基因的更為明顯，表現(xiàn)為種子根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)目增多，根體積變大。生物量測(cè)定表明，轉(zhuǎn)正義ZmPIN1α基因的根系生物量顯著高于WT的，而莖葉生物量明顯低于WT的。在SP營(yíng)養(yǎng)液培育下，轉(zhuǎn)正義ZmPIN1α株系玉米根系較發(fā)達(dá)，雖然種子根數(shù)和冠根數(shù)與WT植株基本無(wú)差異，但側(cè)根是對(duì)照植株的121～173％。轉(zhuǎn)反義ZmPIN1α株系的側(cè)根數(shù)目則為WT植株的82％～106％。根長(zhǎng)度分析揭示，轉(zhuǎn)正義ZmPIN1α植株的初生根長(zhǎng)度顯著高于WT及反義株

29、系的，但平均根長(zhǎng)卻顯著低于WT和轉(zhuǎn)反義基因株系的，形成了種子根較長(zhǎng)側(cè)根密集的表型。當(dāng)在LP營(yíng)養(yǎng)液中生長(zhǎng)時(shí)，各株系均表現(xiàn)出適應(yīng)性變化，主要表現(xiàn)在初生根增加，側(cè)根數(shù)目減少，而ZmPIN1α基因過(guò)表達(dá)的效果更加明顯。比較低磷條件下不同株系的性狀差異，得出轉(zhuǎn)正義ZmPINα口植株的根數(shù)目是WT的141％～261％，但總根長(zhǎng)是WT的98％～132％，即過(guò)表達(dá)ZmPIN1α促進(jìn)側(cè)根發(fā)生，這與低磷脅迫下生長(zhǎng)素濃度梯度的局部變化相對(duì)應(yīng)。分析成株期植株的

30、形態(tài)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)正義ZmPIN1α基因植株下部莖節(jié)間變短、穗位和株高均降低、側(cè)根數(shù)目增多、根系涉獵面積顯著增大，從而提高了植株對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收能力，有利于產(chǎn)量提高。所創(chuàng)造的種質(zhì)材料可能在玉米耐密植育種中有很好的應(yīng)用價(jià)值。
　　 ZmPIN1b基因轉(zhuǎn)正義基因植株的莖葉生物量高于WT的，但未達(dá)到差異顯著程度，根系生物量則顯著高于WT的。其反義株系的表型和生物量與WT無(wú)明顯差別。在SP營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)下轉(zhuǎn)正義ZmPIN1b基因的植株根數(shù)目比W

31、T增加，為WT的129％～146％，根總長(zhǎng)是WT的114％～138％。而轉(zhuǎn)反義基因株系的根數(shù)目和根總長(zhǎng)比WT略有下降。在LP營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)正義基因植株和轉(zhuǎn)反義基因植株都表現(xiàn)出對(duì)低磷脅迫的敏感性降低，側(cè)根數(shù)、總根數(shù)和SP培養(yǎng)液中的植株相差不大，與WT對(duì)低磷脅迫的應(yīng)答有顯著差異?？赡躗mPIN1b影響了玉米在低磷脅迫條件下根系的適應(yīng)性變化。
　　 轉(zhuǎn)ZmAUX1正、反義株系的分析表明，過(guò)表達(dá)ZmAUX1的植株在低磷環(huán)境中能維持較

32、高的生物量和較好長(zhǎng)勢(shì)。并且ZmAUX1的過(guò)表達(dá)調(diào)節(jié)其它生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸相關(guān)基因的表達(dá)。
　　 該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸強(qiáng)度來(lái)改變玉米植株構(gòu)型及根系構(gòu)型是可行的，為玉米抗逆育種和高產(chǎn)育種提供了新思路。ZmPIN1a基因過(guò)表達(dá)對(duì)植株轉(zhuǎn)錄組影響
　　 采用Real-time RT-PCR方法分析了過(guò)表達(dá)和抑制表達(dá)ZmPIN1a對(duì)生長(zhǎng)素極性轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)ZmPIN1a引起ZmAUX1、ZmPIN1

33、b、ZmPIN1c、ZmPIN3b、ZmPIN3b在幼葉和幼根中上調(diào)表達(dá)，在多數(shù)轉(zhuǎn)反義基因株系中這些基因則不同程度下調(diào)表達(dá)。ZmAUX1表達(dá)強(qiáng)度在過(guò)表達(dá)株系葉中是對(duì)照的3～6倍，在根中是對(duì)照的1.4～2.2倍；ZmPIN1b表達(dá)強(qiáng)度變化在根中和ZmAUX1相近，在葉中則低于ZmAUX1的，是對(duì)照植株的2～5倍；ZmPlN1c也表現(xiàn)出同樣的變化趨勢(shì)，但變化幅度較小。PIN3的2個(gè)成員的表達(dá)也受到ZmPIN1a過(guò)表達(dá)的誘導(dǎo)，且變化幅度大，但

34、與ZmPIN1a的表達(dá)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系不明顯。ZmPIN5、ZmPIN8、ZmPIN9這幾個(gè)短loop的PIN基因表達(dá)變化不明顯。
　　 采用數(shù)字表達(dá)譜分析了不同供磷狀態(tài)下ZmPIN1a正、反義株系和對(duì)照的葉片和根中的差異表達(dá)基因，發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)ZmPIN1a對(duì)轉(zhuǎn)錄組有較大影響，抑制ZmPIN1a表達(dá)對(duì)轉(zhuǎn)錄組影響相對(duì)較小，尤其在根中。過(guò)表達(dá)ZmPIN1a植株的根系形態(tài)和株型發(fā)生了顯著變化，轉(zhuǎn)錄組分析表明這些變化是大量基因表達(dá)變化引起的體

35、內(nèi)代謝反應(yīng)及生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)整的結(jié)果。生長(zhǎng)素和乙烯的代謝及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑明顯受到ZmPIN1a表達(dá)水平的影響，光合作用在過(guò)表達(dá)ZmPIN1a植株中增強(qiáng)。另外，在過(guò)表達(dá)ZmPIN1a基因植株中一些中間代謝產(chǎn)物出現(xiàn)積累，晝夜節(jié)律相關(guān)因子出現(xiàn)不同變化趨勢(shì)。這些資料為深入了解生長(zhǎng)素極性轉(zhuǎn)運(yùn)與玉米株型之間的關(guān)系提供了大量信息。
　　 本工作利用兩個(gè)對(duì)低磷脅迫響應(yīng)有明顯差異的玉米自交系為材料進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組比較，鑒別出一些可能在玉米低磷脅迫反應(yīng)和根系發(fā)