丛枝菌根特异性AsPT1与AsPT4基因启动子功能分析

发布时间：2020-05-08 04:50

【摘要】：丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)共生体是由植物根系与AM真菌通过相互作用方式建立的共生关系体系。营养交换是AM共生体的主要功能,一方面AM真菌从宿主植物中获得碳源,另一方面丛枝菌根真菌又可以为宿主植物提供磷元素与氮元素,与此同时AM共生体还可促进植物对其他矿质元素的吸收及利用。在AM共生体系中,AM真菌是通过丛枝将无机磷酸盐等营养元素传递到植物根系中的。在生态系统中尽管AM共生体扮演如此至关重要的角色,但目前现状是这些代谢途径中仍存在着许多科学问题急需我们去解答。如在AM共生体系中,磷酸盐从真菌到宿主植物过程的转运分子机制是怎样的?同时植物又是如何响应土壤中磷元素水平来调节机制的?等等问题尚需我们去解决。本课题主要研究方向是研究宿主植物为紫云英的菌根特异型磷转运基因的表达调控。此研究是在实验室已分离且验证的两种菌根特异型的磷转运基因:即As PT1和As PT4的基础上进行的,利用现代生物信息学技术手段对As PT1和As PT4基因启动子序列进行已知调控元件的查找定位,继续利用生物软件Foot Printer2.0对As PT1和As PT4基因启动子序列进行未知调控元件的预测定位。通过over-lap PCR的实验方法对已知及预测的调控元件进行特异序列敲除,构建以GUS基因为报告基因的调控元件缺失突变体,再利用发根农杆菌Agrobacterium K599介导的方法进行植物毛根转化实验,将检测到GUS蛋白表达的阳性植株与Glomus intraradices BEG141进行共培养,期间用不同浓度的磷酸盐处理阳性植株,培养4周后收样并进行不同的处理,处理手段有TB染色、GUS染色以及GUS酶活检测等。分析数据得到结果如下:1、在豆科植物紫云英中,顺式作用元件中菌根信号MYCS元件和磷转运P1BS元件作为已知的磷转运基因的调控元件对As PT1和As PT4的调控也起着重要的调控作用。2、As PT1基因启动子上靠近MYCS元件的TAAT-motif可能与CTTC-motif作用方式类似,与MYCS元件一起协同作用调控基因的表达。3、在高磷浓度下时,植物限制必须营养元素向共生体传递与转运,因此导致AM共生体发生慢化反应。高磷情况下会降低As PT1及As PT4基因的表达或者激活其负调控系统。4、不同的磷浓度处理时,As PT1及As PT4基因启动子上调控元件缺失突变体均有GUS基因表达,但检测的GUS酶活与As PT1及As PT4全长启动子相比有不同程度的下降,说明不同调控元件对转录调节具有正向调控作用且这些调控元件之间的作用大小具有一定的差异性。综上所述,通过生物信息学最新预测的在As PT1及As PT4基因启动子上都存在的TAAT-motif与MYCS元件一样是受菌根信号调控,而且可能与MYCS元件协同作用参与调控表达。而且As PT1基因启动子上的TGTT-motif对宿主植物紫云英中菌根特异的磷转运基因As PT1的表达有可能是起增强子的作用,并猜测其是受磷信号调控顺式作用元件。研究发现受菌根信号调控元件如MYCS、TAAT-motif调控基因表达时也会受到磷浓度的影响。通过不同宿主植物中存在直系同源的磷转运基因的启动子序列比对发现,在其他宿主植物中也发现有我们预测调控元件的身影,说明这些元件可能与MYCS、P1BS元件功能一样,不是局限于某一类植物中而是对多数宿主植物存在重要的调控作用,而且研究表明这些元件都是起增强子的作用。
【图文】：

igure 1. Sketch of arbuscular mycorrhizal (AM) fungsignaling and colonization of a plant root图 1.根系中植物与丛枝菌根真菌共生过程中信号

紫云英中AsPT1和AsPT4基因RT-PCR的表达模式
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S182

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本文编号：2654151