水稻磷转运蛋白OsPT4的生理功能鉴定

论文摘要

水稻是单子叶模式植物,其基因组测序工作已完成,水稻的功能基因组学已成为水稻科研工作的重点。对于与磷胁迫相关的磷酸盐转运蛋白基因的生理功能研究,可从分子水平上阐明水稻适应低磷胁迫的遗传本质,这为水稻对磷营养吸收转运规律的发现,磷肥的科学施用,水稻产量的维持和提高等提供理论依据。本实验以粳稻日本晴和武育粳-7两个品种为实验材料,通过超表达创制水稻Pht1家族成员中OsPT4的超表达材料,并以超表达效果显著的转基因株系为供试对象进行目标基因的生理功能分析。检测了正常供磷和缺磷条件下目标基因及Phtl家族部分基因成员的超表达情况、植株干重、植株全磷吸量、有效磷和根系形态等指标,以研究OsPT4基因在水稻磷营养吸收和转运方面的功能。所获得的主要实验结果如下：1.以pS1a-4为载体构建了磷酸盐转运蛋白基因OsPT4超表达载体,分别转化水稻品种日本晴和武育粳-7。分子检测表明,日本晴和武育粳-7的超表达材料中不同株系目的基因OsPT4超表达程度不一,选择超表达程度较高的株系进行生理功能的分析,日本晴中选择4-Ov-6和4-Ov-7这两个株系进行生理功能的分析,武育粳-7中选择4-Ov-1和4-Ov-2这两个株系进行生理功能的分析。2. OsPT4基因的超表达同时影响了同家族其它基因（OsPT1, OsPT8, OsPT12）的表达。在日本晴OsPT4超表达材料中,在低磷处理条件下,OsPT1和OsPT12地下部的表达减弱,OsPT8地下部几乎没有变化；OsPTl地上部表达有所增强,OsPT8和OsPT12的地上部表达几乎没有变化。在武育粳-7的OsPT4超表达材料中,在低磷处理条件下,OsPT1和OsPT12地下部的表达增强,OsPT8地下部的表达几乎没有变化；OsPT8和OsPT12地上部表达有所增强,OsPT1地上部的表达几乎没有变化。3. OsPT4基因的超表达会造成水稻植株干重、总根长、根系总表面积、根系体积、根尖数等某些指标不同程度的增加。日本晴的超表达株系4-Ov-6和4-Ov-7在低磷条件下植株干重有增加的趋势。在正常供磷条件下,总根长、根系总表面积、根系体积和根尖数在5%的水平上差异不显著；在低磷处理条件下,4-Ov-6和4-Ov-7在总表面积和总根尖数在5%的水平上差异显著,总根长和总体积在5%的水平上差异不显著。武育粳-7的超表达株系4-Ov-1和4-Ov-2在低磷条件下植株干重有增加的趋势。在正常供磷条件下,武育粳-7的两个超表达株系4-Ov-1和4-Ov-2的总根长和总根尖数在5%的水平上差异显著,根系总表面积和根系体积在5%的水平上差异不显著；在低磷处理条件下,4-Ov-1的总根长在5%的水平上差异显著,根系总表面积、根系体积和根尖数在5%的水平上差异不显著。4.采用超表达研究水稻磷转运蛋白基因OsPT4的超表达株系全磷量的变化,结果显示,日本晴的超表达株系4-Ov-6和4-Ov-7的全磷量在正常供磷条件下全磷量有增加,但受缺磷影响不明显。在正常供磷条件下,4-Ov-6和4-Ov-7的全磷量地下部平均增加了10-20%,地上部平均增加了36-50%；在低磷条件下,4-Ov-6和4-Ov-7的全磷量地下部平均增加了8%-15%,地上部平均增加了15%-30%。采用超表达研究水稻磷转运蛋白基因OsPT4的超表达株系全磷量的变化,结果显示,武育粳-7的超表达株系4-Ov-1和4-Ov-2的全磷量在正常供磷条件下全磷量有增加,但受缺磷影响不明显。在正常供磷条件下,4-Ov-1和4-Ov-2的全磷量地下部增加了10-20%,地上部平均增加了40-60%；在低磷条件下,4-Ov-1和4-Ov-2的全磷量地下部平均增加了10-20%,地上部平均增加了10-25%。采用超表达研究水稻磷转运蛋白基因OsPT4的超表达株系有效磷的变化,结果显示,日本晴的超表达株系4-Ov-6和4-Ov-7的有效磷量在正常供磷条件下有效磷有所增加,但受缺磷影响不明显。在正常供磷条件下,日本晴的超表达株系4-Ov-6和4-Ov-7的有效磷量地下和地上部都平均增加了10-20%；在低磷条件下,日本晴的超表达株系4-Ov-6和4-Ov-7的有效磷地下部平均增加了8-15%,地上部平均增加了7-20%。采用超表达研究水稻磷转运蛋白基因OsPT4的超表达株系有效磷的变化,结果显示,武育粳-7的超表达株系4-Ov-1和4-Ov-2的有效磷量在正常供磷条件下有效磷增加,但受缺磷影响不明显。在正常供磷条件下,武育粳-7的超表达株系4-Ov-1和4-Ov-2的有效磷量地下部增加了20-40%,地上部平均增加了10-40%；在低磷条件下,武育粳-7的超表达株系4-Ov-1和4-Ov-2的有效磷地下和地上部都平均增加了5-10%。注：OsPT1、OsPT2、OsPT3、OsPT4、OsPT5、OsPT6、OsPT7、OsPT8、OsPT9、OsPT10、OsPT11、OsPT12、OsPT13分别代表水稻Phtl家族的13个成员。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1. 植物磷素吸收的生理生化机制
• 1.1. 植物在低磷胁迫下的生理学适应机制
• 1.2. 植物磷酸盐转运蛋白的结构与分类
• 1.3. 植物在低磷胁迫下的分子机制研究进展
• 2. 植物磷酸盐转运体的研究进展
• 2.1. 高亲和磷酸盐转运体编码基因的表达特征和功能鉴定
• 2.2. 植物中磷信号传导对Pht1家族基因调控的研究
• 第二章 水稻OsPT4基因生物信息学分析
• 前言
• 1. 方法
• 1.1. OsPT4基因序列的分析
• 1.2. OsPT4基因氨基酸序列分析
• 1.3. OsPT4磷酸盐转运蛋白的跨膜拓扑模型分析
• 1.4. OsPT4基因启动子分析
• 1.5. OsPT4基因与Pht1家族基因的系统进化分析
• 2. 结果与分析
• 2.1. OsPT4基因结构和跨膜分析
• 2.2. OsPT4基因启动子分析
• 2.3. OsPT4基因与Pht1家族基因的系统进化树分析
• 3. 讨论
• 第三章 OsPT4基因的超表达分析以及对水稻同家族其它基因表达的影响
• 前言
• 1. 材料与方法
• 1.1. 载体构建
• 1.2. 农杆菌介导转基因
• 1.3. OsPT4基因表达特征
• 2. 结果与分析
• 2.1. 超表达效果检测与超表达株系选择
• 2.2. Pht1家族其他基因的表达情况分析
• 3. 讨论
• 第四章 OsPT4基因的超表达对水稻生长发育的影响
• 前言
• 1. 材料与方法（同第三章）
• 1.1. 材料
• 1.2. 方法
• 2. 结果与分析
• 2.1. 植株干重
• 2.2. 根系形态分析
• 3. 讨论
• 第五章 OsPT4基因的超表达对磷的吸收和转运的影响
• 前言
• 1. 材料与方法（同第三章）
• 1.1. 材料
• 1.2. 方法
• 2. 结果与分析
• 2.1. 植株全磷量
• 2.2. 植株有效磷量
• 3. 讨论
• 全文结论与展望
• 创新点
• 参考文献
• 附录
• 研究生期间发表论文
• 致谢