蒺藜苜蓿中锌转运体MtHMA2和MtMTP3的鉴定和表达分析

发布时间：2019-01-24 15:32

【摘要】：锌是植物生长和发育必须的微量元素,土壤中锌含量过高或过低都会对植物产生危害。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi,AMF)能与80%以上陆生植物共生,形成丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)共生体。在缺锌条件下AMF能将吸收的锌转运给植物,而在高锌条件下AMF能够减少锌对植物的危害。目前关于AMF影响植物Zn吸收转运的分子机制少有报道,本文以单子叶植物水稻和双子叶植物蒺藜苜蓿为研究对象,研究菌根对两种植物的Zn吸收转运相关基因的影响,并着重研究了苜蓿中受菌根调控的MtMTP3和MtHMA2基因。主要研究结果如下:1.在模式植物蒺藜苜蓿中鉴定了一个CDF家族Zn转运体MtMTP3。生物信息学分析表明MtMTP3编码385个氨基酸,系统进化分析和序列比对表明MtMTP3属于CDF家族Zn转运体。酵母互补实验证实MtMTP3具有转运Zn的能力。荧光定量和组织表达定位结果显示MtMTP3主要在根部表皮以下部位表达,并且高浓度锌、锰或者缺铁处理能促进MtMTP3基因表达。半定量和荧光定量分析显示MtMTP3基因在低磷情况下表达明显升高,与AMF共生能够强烈抑制MtMTP3基因表达,即使在高锌处理下,MtMTP3表达也明显受到抑制,而此时菌根中丛枝明显减少,菌丝体增多。这些研究结果显示,丛枝菌根真菌可能通过促进磷吸收,进而调控MtMTP3基因的表达。2.对Zn和接种菌根真菌条件下苜蓿中锌转运体的表达情况进行分析发现接种菌根真菌能明显促进MtHMA2基因表达。系统进化分析和序列比对证实MtHMA2属于P1B-ATPase家族。酵母互补实验证实MtHMA2有转运Zn和Pb的能力。荧光定量检测MtHMA2在不同植物组织的表达显示MtHMA2在整个植物体内都有表达,在植物根部表达较高。用MtHMA2启动子驱动GUS报告基因显示MtHMA2主要在根部中轴部位表达。荧光定量检测显示高浓度锌处理能够抑制MtHMA2基因在根中表达,而高浓度Pb处理会促进MtHMA2在根部和地上部分表达,高浓度Cd能够促进MtHMA2基因在植物地上部分表达。在苜蓿根中超表达MtHMA2发现在一定Zn浓度下超表达MtHMA2能够提高植物根部对Zn的抗性,但会使地上部分对Zn敏感,可能MtHMA2与重金属Zn向地上部分转运有关。接种菌根真菌后MtHMA2基因表达升高,但在Zn和AMF共同处理下MtHMA2表达下降,可能菌根真菌在高锌处理时能减少Zn向地上部分转运。3.在Zn和接种菌根真菌条件下对水稻体内锌转运体的表达情况进行分析,发现在高锌处理下接种菌根真菌OsHMA2表达明显升高。分析水稻OsHMA2基因的启动子发现其含有受菌根调控的CTTC元件,在苜蓿中检测接种菌根真菌对OsHMA2启动子以及不同缺失CTTC的OsHMA2启动子的影响,发现在苜蓿中AMF能够降低OsHMA2启动子转录活性,AMF通过抑制CTTC元件来抑制OsHMA2启动子转录活性。
[Abstract]:Zinc is a necessary trace element for plant growth and development. Arbuscular mycorrhizal fungi (arbuscular mycorrhiza fungi,AMF) can be symbiotic with more than 80% terrestrial plants and form arbuscular mycorrhiza,AM symbionts. Under the condition of zinc deficiency, AMF could transport the absorbed zinc to plants, while AMF could reduce the harm of zinc to plants under the condition of high zinc. There are few reports on the molecular mechanism of AMF affecting the absorption and transport of Zn in plants. In this paper, the effects of mycorrhiza on Zn uptake and transport related genes of two species of plants were studied, in which monocotyledonous rice and alfalfa, a dicotyledonous plant, were studied. The MtMTP3 and MtHMA2 genes regulated by mycorrhiza in alfalfa were studied. The main results are as follows: 1. A CDF family Zn transporter MtMTP3. was identified in alfalfa, a model plant of Tribulus terrestris. Bioinformatics analysis showed that MtMTP3 encoded 385 amino acids. Phylogenetic analysis and sequence alignment indicated that MtMTP3 belonged to the Zn transporter of CDF family. Yeast complementary experiments confirmed that MtMTP3 had the ability to transport Zn. The results of fluorescence quantitative analysis and tissue localization showed that MtMTP3 was mainly expressed below the root epidermis, and high concentration of zinc, manganese or iron deficiency could promote the expression of MtMTP3 gene. Semi-quantitative and fluorescence quantitative analysis showed that the expression of MtMTP3 gene was significantly increased under low phosphorus, and symbiosis with AMF could strongly inhibit the expression of MtMTP3 gene, even under the high zinc treatment, the expression of MtMTP3 was significantly inhibited, while the arbuscular branches in mycorrhizal were obviously decreased. Mycelium increased. These results suggest that arbuscular mycorrhizal fungi regulate the expression of MtMTP3 gene by promoting phosphorus uptake. The expression of zinc transporter in alfalfa with Zn and inoculated mycorrhizal fungi was analyzed. It was found that inoculated mycorrhizal fungi could significantly promote the expression of MtHMA2 gene. Phylogenetic analysis and sequence alignment confirmed that MtHMA2 belonged to the P1B-ATPase family. Yeast complementary experiments confirmed that MtHMA2 had the ability to transport Zn and Pb. Fluorescence quantitative analysis of MtHMA2 expression in different plant tissues showed that MtHMA2 was expressed in the whole plant body and high in the plant root. GUS reporter gene driven by MtHMA2 promoter showed that MtHMA2 was mainly expressed in the central axis of the root. Fluorescence quantitative analysis showed that high concentration of zinc could inhibit the expression of MtHMA2 gene in root, while high concentration of Pb could promote the expression of MtHMA2 in root and shoot, and high concentration of Cd could promote the expression of MtHMA2 gene in plant. Overexpression of MtHMA2 in alfalfa roots showed that overexpression of MtHMA2 at a certain concentration of Zn could increase the resistance of plant roots to Zn, but it would make the aerial part sensitive to Zn, which might be related to the transport of heavy metal Zn to the part of the plant. The expression of MtHMA2 gene increased after inoculation of mycorrhizal fungi, but decreased under the co-treatment of Zn and AMF. It may be that mycorrhizal fungi could reduce the transport of Zn to the aboveground part of mycorrhizal fungi. The expression of zinc transporter in rice was analyzed under the condition of Zn and inoculated mycorrhizal fungi. It was found that the OsHMA2 expression of mycorrhizal fungi inoculated with high zinc was significantly increased. The promoter of rice OsHMA2 gene was found to contain CTTC elements regulated by mycorrhiza. The effects of mycorrhizal fungi inoculation on OsHMA2 promoter and OsHMA2 promoter with different CTTC deletion were detected in alfalfa. It was found that AMF could reduce the transcriptional activity of OsHMA2 promoter in alfalfa, and AMF inhibited the transcriptional activity of OsHMA2 promoter by inhibiting CTTC element.
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S542;S511

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本文编号：2414592