番茄磷转运蛋白基因SlMPT3;1在水稻中的遗传转化与功能验证

发布时间：2020-06-01 06:04

【摘要】：磷在植物生理生化代谢过程中发挥着重要的调节作用。磷缺乏通常影响植物生长发育,导致作物产量降低。磷矿资源的有限性及磷肥过度使用造成的磷资源浪费使得培育磷高效吸收利用的农作物品种显得尤为重要。因此,筛选与验证高效磷素吸收利用磷转运蛋白基因的研究成为培育磷高效吸收利用农作物品种的有效方式。前人研究发现,线粒体磷转运蛋白在能量调控方面具有一定的作用。本研究旨在验证目的基因在磷缺乏条件下对磷素吸收利用的分子应答调控机制。本研究从番茄cDNA文库中克隆到SlMPT3;1基因。生物信息学分析表明,番茄SlMPT3;1蛋白有2个线粒体磷转运蛋白所具有的线粒体超家族结构域,蛋白结构具有6个跨膜域,初步判断其属于MPT家族线粒体磷转运蛋白的一员。亚细胞定位结果表明:在携16318hGFP::SlMPT3;1载体的烟草原生质体中线粒体上观察到绿色荧光信号,证明SlMPT3;1蛋白具有典型的MPT家族线粒体磷转运蛋白的表达特征。功能互补实验结果显示:低磷条件下,SlMPT3;1蛋白能够弥补磷素转运系统缺失酵母突变体的磷吸收转运能力,为SlMPT3;1磷素转运蛋白具有磷素吸收功能提供证据。利用农杆菌介导法将植物过表达载体PCAMBIA1304::SlMPT3;转化到水稻成熟胚愈伤组织获得转基因水稻幼苗,经卡那抗性筛选和PCR扩增检测获得转基因阳性苗18株,经继代培养挑选3个纯合株系进行后续实验;转基因水稻幼苗GUS组织染色分析表明,SlMPT3;1基因的表达部位主要集中在根系表皮和本质部以及水稻茎叶组织。酵母双杂交实验筛选初步证明蛋白SlMPT3;1与SlGPI互作;BiFC实验证明两个蛋白互作位为细胞质膜膜。组培实验表明:低磷条件下,转基因水稻幼苗根系总根长、总辐射面积和总表面积与受体相比明显增加,说明SlMPT3;1基因可能通过改善水稻根际酸性环境促进根系发育。水培实验结果表明:低磷条件下,与受体相比,转基因水稻株高明显增加;三个转基因株系叶片中叶绿素、可溶性糖含量、脯氨酸含量和总磷含量都比受体中相对应的含量明显增加。转录组测序结果显示:低磷条件下,与受体相比,转基因水稻株系中的一些转录因子及与磷素吸收相关的基因表达量明显上调。qRT-PCR结果印证了转录组测序中部分差异表达基因的表达调控模式。土培试验结果表明:低磷条件下,与受体相比,三个转基因株系单株粒数与单株产量明显增加。以上实验结果表明,SlMPT3;1属于线粒体磷转运蛋白,受低磷诱导表达,通过与转基因水稻中多种差异表达基因共同参与磷饥饿应对调控代谢途径,提高转基因水稻籽粒产量。这些发现为利用MPT家族基因作物分子育种提供有效科学依据和材料支撑。
【图文】：

逦３０１逦Ｐａｅｏｎｉａ邋ｓｕｆｆｒｕｄｃｏｓａ逡逑利用ＭＥＧＡ６．０软件对上表ＭＰＴ类家族磷转运蛋白和部分其他家族磷转运蛋白逡逑进行系统进化树分析（图３－２），结果显示：Ｓ１ＭＰＴ３；１归属于ＭＰＴ家族分支，Ｓ１ＭＰＴ３；１逡逑与ＡｔＭＰＴ均属于双子叶植物中磷转运蛋白，而ＯｓＭＰＴ属于单子叶植物中磷转运蛋白，逡逑理论上，，Ｓ１ＭＰＴ３；１应该与属于双子叶植物拟南芥中的ＡｔＭＰＴ亲缘性更近，但是，系统逡逑进化树结构显示

０１１０１００７１．１来自物种胡杨；ＥＥＦ３３５５６．１来自物种蓖麻。逡逑通过对泣基因的基因组序列结构分析得出，基因定位于番茄第逡逑２条染色体上，其基因组结构由６个外显子和６个内含子组成（图３－３）。逡逑Ａ邋ｆ？＊］邋Ｓｌ２邋４０ｃｈ０２逦６Ｓ７邋７邋０逦Ｆｅａｔｕｒｅ邋ｓｃａｌｅ逡逑１０００逡逑１逦Ｉ逡逑

本文编号：2691055