论文摘要
研究植物对磷胁迫反应的分子机制,对遗传改良和作物磷高效利用具有重大的现实意义。本研究利用基因芯片为主要分析手段,研究了水稻在不同磷水平下,细胞分裂素与磷饥饿信号传递机制及重要调控因子OsPHR2对磷饥饿信号途径的影响,得到了以下主要结论:1)磷胁迫改变水稻的有效磷水平植物体内的磷水平,对于维持植物生长起着关键作用。10天的磷饥饿尚未给水稻的生长造成明显的影响,但在植物体内实际上已经发生了显著的生理变化。正常供磷情况下,植物体内有效磷始终维持在一个相对稳定的水平(地上部约0.9mg/gFW根系中约0.4mg/gFW)。随着生长继续,对应于单株的总有效磷含量是随着生长的过程逐渐增加。而当植株生长处于缺磷的条件下的时候,植物体内的有效磷浓度明显的下降。2)磷胁迫改变水稻的代谢过程缺磷胁迫后,不仅缺磷响应基因发生了重大的改变,水稻一系列的代谢过程也发生变化,以适应缺磷条件下的生长发育需要。缺磷条件下,水稻的糖代谢支路被激活,以减少磷的利用;脂类代谢过程也发生重大改变,磷脂降解、糖脂硫脂合成相关的基因大量被诱导。3)细胞分裂素改变缺磷状态时水稻的有效磷水平和代谢过程磷胁迫条件下,添加外源细胞分裂素后,水稻体内有效磷的浓度在地上部和根系中分别增加了3倍和6倍。同时细胞分裂素抑制了很多受磷饥饿诱导的基因的表达。这种与植物磷胁迫反应之间的对立关系,很可能是通过营养运输和代谢方式来实现的,而细胞内的有效磷浓度,则很可能是最重要的调节因子。4)磷饥饿信号关键调控因子OsPHR2对基因表达谱的影响OsPHR2超表达植株在正常供磷条件下,能够极大的提高植株体内地上部的磷浓度。大部分磷饥饿诱导表达基因,无论外界处于何种磷水平,在OsPHR2的超表达材料中都极大的上调。参与糖代谢、脂类代谢的基因,也同样可以发现这一现象。如SQD1、SQD2基因,分别在地上和地下部分表达量都不同程度的下降。5)细胞分裂素和OsPHR2对磷饥饿信号的影响相对独立且作用方向相反在水稻中,OsPHR2基因参与调控磷饥饿(Phosphorus deficiency)信号,而CTK信号则主要是参与了充足供磷(Phosphorus sufficiency)信号的传递。虽然它们最终作用于一批相同的基因,但分别在不同的磷水平下行使功能。CREl是CTK影响磷信号传导过程中一个重要的基因,在OsPHR2超表达材料中,我们没有发现CREl基因的表达提升;另一方面,在CTK处理后,OsPHR2的表达也并没有受到影响。因此,我们认为OsPHR2和细胞分裂素的作用对与磷信号传递的作用相反,且在不同的外界磷条件下发生作用。
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- [1].水稻磷高效基因OsPHR2转化小麦及转基因植株的耐低肥能力分析[J]. 河南农业科学 2019(10)