通過RNAi研究水稻磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因生理功能.pdf

1、作為單子葉模式植物的水稻基因組測(cè)序工作已經(jīng)完成，水稻功能基因組學(xué)已成為水稻科研工作的重心。磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因在缺磷條件下的強(qiáng)烈表達(dá)是水稻適應(yīng)低磷脅迫的重要機(jī)制之一。與磷脅迫相關(guān)的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的生理功能研究，可從分子水平上解釋水稻適應(yīng)低磷脅迫的遺傳本質(zhì)，為水稻對(duì)磷營(yíng)養(yǎng)吸收轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、磷肥的科學(xué)施用以及水稻產(chǎn)量的維持和提高等提供理論依據(jù)。 本實(shí)驗(yàn)以粳稻日本晴品種為實(shí)驗(yàn)材料，通過RNAi分別創(chuàng)造水稻Pht1家族成員中兩個(gè)缺磷

2、強(qiáng)烈增強(qiáng)表達(dá)的基因，OsPT2和OsPT6的沉默突變體，并以沉默效果顯著的轉(zhuǎn)基因株系為供試對(duì)象進(jìn)行目標(biāo)基因的生理功能分析。測(cè)定了磷脅迫條件下目標(biāo)基因的沉默情況，同位素32p示蹤吸收情況，Pht1家族大部分基因成員的表達(dá)情況，植株干重，植株總磷吸收量，根系形態(tài)，種子發(fā)芽率等指標(biāo)，以研究OsPT2和OsPT6基因在水稻磷營(yíng)養(yǎng)吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)方面的功能。所獲得的主要結(jié)果如下： 以pTCK303為原初載體構(gòu)建RNAi表達(dá)載體的水稻轉(zhuǎn)基因可以導(dǎo)

3、致轉(zhuǎn)基因株系目標(biāo)基因OsPT2和OsPT6的不完全沉默。不同株系基因沉默程度不一，在缺磷處理?xiàng)l件下，被選作研究材料的兩個(gè)OsPT2沉默株系r2-1和r2-2，地下部目標(biāo)基因的沉默程度分別為78.2％和25.7％；地上部目標(biāo)基因的沉默程度分別41.2％和22.7％。三個(gè)OsPT6沉默株系r6-1、r6-2和r6-3，地下部目標(biāo)基因的沉默程度分別為85.3％、77.5％和45.5％；地上部目標(biāo)基因的沉默程度分別73.9％、70.1％和71.

4、4％。 OsPT2或OsPT6基因的沉默同時(shí)影響了同家族其他基因的表達(dá)。在缺磷處理?xiàng)l件下，OsPT2的沉默突變體中，以r2-1為例，地下部OsPT1、OsPT6、OsPT8、OsPT12基因的表達(dá)均有不同程度的降低，OsPT3、OsPT4、OsPT5、OsPT7、OsPT9、OsPT10基因表達(dá)均有不同程度的上升；地上部OsPT1、OsPT5、OsPT6、OsPT7、OsPT9基因的表達(dá)均有不同程度的降低，OsPT3、OsPT

5、4、OsPT8、OsPT10、OsPT12基因表達(dá)均有不同程度的上升。在OsPT6的沉默突變體中，以r6-1為例，地下部OsPT1、OsPT2、OsPT3、OsPT5、OsPT7、OsPT8、OsPT9、OsPT12基因的表達(dá)均有不同程度的降低，OsPT4、OsPT10基因表達(dá)有不同程度的上升；地上部OsPT1、OsPT2、OsPT3、OsPT4、OsPT5、OsPT7、OsPT8、OsPT9、OsPT12基因的表達(dá)均有不同程度的降低，

6、只有OsPT10基因表達(dá)有微弱的上升。 OsPT2或OsPT6基因的沉默都會(huì)造成低磷條件下水稻植株干重、植株總吸磷量、總根長(zhǎng)、根系總表面積、根系體積、根尖數(shù)等指標(biāo)不同程度的降低。此外，OsPT6基因高效沉默株系r6-1的種子發(fā)芽率和種子發(fā)芽速率顯著低于野生型。 綜合全文的研究?jī)?nèi)容可得到以下結(jié)論： 以pTCK303為原初載體的RNAi表達(dá)載體構(gòu)建，能對(duì)目標(biāo)基因?qū)崿F(xiàn)有效沉默，顯著降低目標(biāo)基因的表達(dá)量，但沉默效果不完

7、全。 OsPT2或OsPT6的有效沉默會(huì)造成同家族其他磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白成員表達(dá)量的變化，預(yù)示著OsPT2和OsPT6基因與Pht1家族其他成員之間可能存在著功能互作效應(yīng)。 OsPT2或OsPT6的有效沉默會(huì)顯著降低低磷條件下水稻植株干重和植株總吸磷量，說明OsPT2和OsPT6在低磷條件下維持水稻植株正常生長(zhǎng)和磷吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)方面起著十分重要的作用。 OsPT2或OsPT6基因的有效沉默會(huì)引起低磷脅迫條件下水稻根系總