大豆根部特异表达的磷转运子基因GmPT4的功能分析

发布时间：2017-07-29 16:18

  本文关键词：大豆根部特异表达的磷转运子基因GmPT4的功能分析

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【摘要】：磷是植物正常生长所必需的营养元素。尽管大部分的土壤全磷含量都比较高,但磷很容易被土壤所固定,因此,其有效性较低,难以被植物直接吸收利用。大豆(Glycine max)是重要的经济作物,土壤有效磷缺乏制约了大豆的生长,影响其产量和质量。根系是植物吸收养分的主要器官,而植物对外界磷的吸收和转运主要依赖于根系中的Pht1磷转运蛋白家族。因此,为了提高大豆的磷吸收效率,开展大豆Pht1磷转运子的研究显得非常重要。本研究首先比较了大豆测序品种威廉姆斯82和本校选育的磷高效大豆品系粤春03-3的磷效率,接着分析了大豆Pht1磷转运子家族基因对磷浓度变化的响应,筛选出根部特异的、对磷响应敏感的磷转运子Gm PTs,并进一步分析大豆磷转运子Gm PTs转录后磷酸化调控机制,在此基础上,对筛选出来的磷转运子Gm PT4进行相关的生理与分子试验,探讨其在大豆应对低磷环境过程中的功能。主要结果如下:1)水培条件下,低磷处理显著抑制了大豆的生长。和正常供磷相比,低磷条件下植株生物量和根系的生长受到抑制,受抑制程度随着处理时间的延长而增大。试验所用的两个品种大豆对磷的响应存在着基因型差异,粤春03-3对磷的吸收利用效率要优于威廉姆斯82。2)大豆Gm Pht1磷转运蛋白家族基因对短期磷浓度变化的响应。结果表明:大部分磷转运子在外界供磷浓度降低时会受到不同程度的诱导。其中Gm PT1受到诱导的程度最高、Gm PT4次之,其它的Gm PTs表达水平都相对较低;而Gm PT7与Gm PT13的表达量变化呈明显的上下波动,表明其变化可能与昼夜更替有关。另外,Gm PT4在缺磷条件下,表达量迅速上升,在缺磷36h时达到最大值,回补磷后其表达量迅速下降。Gm PT4的表达量随着外界磷浓度变化而变化,表明其可能是根部特异的磷响应敏感的磷转运子。3)高低磷处理条件下大豆Gm PTs在根不同部位的表达。结果表明:Gm PT1、Gm PT4、Gm PT7、Gm PT12、Gm PT13主要在低磷条件下的侧根表达,Gm PT2、Gm PT3、Gm PT6在低磷条件下的侧根和主根处都有表达,Gm PT5则主要在低磷条件下的主根表达,而Gm PT14在高磷条件下的侧根表达较高,Gm PT8、Gm PT9、Gm PT10在高低磷处理中植物各部位的表达差异不明显。4)对候选基因Gm PT4进行生物信息学分析,其含有12个保守的跨膜结构域,启动子区域含有1个P1BS和3个W-box元件。磷酸化位点预测分析表明其含有19个可能的磷酸化位点,其中第509位Ser(丝氨酸)和第514位Ser分值最高。亚细胞定位分析表明,Gm PT4定位于质膜上。Gm PT4启动子融合GUS染色分析表明,高磷条件下,Gm PT4主要在中柱表达,而低磷条件下,Gm PT4主要在表皮、皮层和中柱表达。5)酵母回补试验表明,Gm PT4及其点突变体能部分回补酵母突变体MB192高亲和磷转运功能;对Gm PT4可能的磷酸化位点进行点突变,将第509位Ser(丝氨酸)突变为Ala(丙氨酸),并不影响其功能及定位;而将第514位Ser突变为Ala时,Gm PT4的定位不发生改变,但在酵母回补实验中其磷吸收功能减弱,表明第514位Ser对于Gm PT4的功能起重要作用。6)高低磷处理Gm PT4转基因复合植株试验表明:过表达Gm PT4能增加大豆的生物量和磷含量,而干涉Gm PT4会导致大豆生物量和磷含量减少,说明Gm PT4在大豆磷吸收过程中起到重要的作用。
【关键词】：大豆 磷转运子 表达模式 磷酸化 点突变 GmPT4
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S565.1;Q943.2
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-7
• 英文缩略语及英文对照7-11
• 1 前言11-17
• 1.1 大豆的重要性及其生产现状11
• 1.2 磷对大豆生长的重要性11-12
• 1.3 植物耐受低磷的机理及研究进展12-14
• 1.4 植物磷转运蛋白家族的研究进展14-15
• 1.5 磷酸化修饰对转运子功能的影响15-16
• 1.6 本研究的目的和意义16-17
• 2 材料与方法17-29
• 2.1 技术路线17
• 2.2 试验材料17-20
• 2.2.1 植物材料17
• 2.2.2 载体与菌株17-18
• 2.2.3 主要试剂及配制18-19
• 2.2.4 主要培养基及试剂配方19-20
• 2.3 主要仪器设备20-21
• 2.4 试验方法21-29
• 2.4.1 大豆水培试验21
• 2.4.2 高低磷条件下大豆磷转运子家族基因在不同根部位的表达分析21-22
• 2.4.3 大豆磷转运子家族基因对磷浓度变化的响应22
• 2.4.4 过量及干涉Gm PT4大豆转基因复合植株的创制22-23
• 2.4.5 大豆生长参数及养分含量的测定23-24
• 2.4.6 大豆磷转运子生物信息学分析24
• 2.4.7 植物DNA的提取24-25
• 2.4.8 植物RNA的提取及反转录25
• 2.4.9 实时荧光定量PCR25-26
• 2.4.10 Gm PT4亚细胞定位26-27
• 2.4.11 Gm PT4组织化学定位27
• 2.4.12 酵母异源表达Gm PT4基因27-29
• 3 结果与分析29-54
• 3.1 磷有效性对大豆生长发育的影响29-35
• 3.1.1 磷有效性对大豆生长的影响29
• 3.1.2 高低磷处理对大豆生物量的影响29-31
• 3.1.3 高低磷处理对大豆根系形态指标的影响31
• 3.1.4 高低磷处理对大豆氮磷钾含量的影响31-35
• 3.2 大豆磷转运子基因家族对磷浓度变化的响应35-38
• 3.2.1 高低磷条件下Gm PTs在不同根部位的表达35-37
• 3.2.2 大豆磷转运基因Gm PTs对短期磷浓度变化的响应37-38
• 3.3 大豆磷转运子Gm PT4的生物学性质及功能分析38-54
• 3.3.1 候选基因Gm PT4生物信息学分析38-41
• 3.3.2 大豆磷转运基因Gm PT4对长期磷缺乏的响应41-42
• 3.3.3 Gm PT4组织化学定位42-43
• 3.3.4 Gm PT4及其点突变体亚细胞定位43-46
• 3.3.5 Gm PT4及其点突变体酵母异源表达46-47
• 3.3.6 过表达Gm PT4对转基因大豆复合植株磷吸收的影响47-51
• 3.3.7 干涉Gm PT4对转基因大豆复合植株磷吸收的影响51-54
• 4 讨论与结论54-57
• 4.1 磷有效性对大豆生长的影响54
• 4.2 大豆根系磷转运子家族基因对磷浓度变化的响应54-55
• 4.3 Gm PT4对大豆磷吸收的影响55-56
• 4.4 丝氨酸突变为丙氨酸对大豆Gm PT4功能的影响56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-63
• 附录63-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 程遥;;中国大豆种植业发展的思考[J];大豆科学;2013年05期

2 兰忠明;林新坚;张伟光;张辉;吴一群;;缺磷对紫云英根系分泌物产生及难溶性磷活化的影响[J];中国农业科学;2012年08期

3 王英;李喜焕;张彩英;;河北大豆地方品种耐低磷种质筛选[J];大豆科学;2009年04期

4 蔡柏岩;葛菁萍;祖伟;;磷素水平对不同大豆品种产量和品质的影响[J];植物营养与肥料学报;2008年01期

5 张倩;杨振;安学丽;王爱丽;李巧云;晏月明;;蛋白质的磷酸化修饰及其研究方法[J];首都师范大学学报(自然科学版);2006年06期

6 苗淑杰;乔云发;韩晓增;;大豆结瘤固氮对磷素的需求[J];农业系统科学与综合研究;2006年04期

7 丁声俊;;振兴我国大豆产业势在必行[J];中国油脂;2006年10期

8 王建国;李兆林;李文斌;许艳丽;李春杰;;磷肥与大豆产量及品质的关系[J];农业系统科学与综合研究;2006年01期

9 ;Characterization of root architecture in an applied core collection for phosphorus efficiency of soybean germplasm[J];Chinese Science Bulletin;2004年15期

10 曹爱琴,廖红,严小龙;低磷土壤条件下菜豆根构型的适应性变化与磷效率[J];土壤学报;2002年02期

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本文编号：590018