水稻磷吸收調(diào)控若干關(guān)鍵基因的功能研究.pdf

1、雖然土壤中磷含量豐富，但是能被植物直接利用的無機磷含量卻很少。全世界大部分土壤環(huán)境中，磷是作物產(chǎn)量的一個重要限制因素。為了保證作物的產(chǎn)量，往往需要大量施用磷肥，這不僅增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本，而且造成水體的富營養(yǎng)化，破環(huán)生態(tài)環(huán)境。因此，研究作物的磷信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，遺傳改良培養(yǎng)磷高效的作物，具有重要現(xiàn)實意義。本研究利用反向遺傳學(xué)研究方法，對SPX基因家族、OsPH02和紫色酸性磷酸酶等多個水稻磷信號網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基因進行了克隆與功能分析。
　

2、　 在酵母中，多個含有SPX結(jié)構(gòu)域的基因被證明參與了磷吸收和信號調(diào)控。通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，植物中含SPX結(jié)構(gòu)城的基因可以分為4個亞家族，其中水稻的第二亞家族成員中，OsSPX1，OsSPX2，OsSPX3，OsSPX5和OsSPX6都顯著的受到缺磷誘導(dǎo)表達。超表達OsSPX1降低了植株對磷的吸收，而通過RNAi的OsSPX1抑制表達后，轉(zhuǎn)基因植株磷的吸收增加。OsSPXI轉(zhuǎn)基因材料中缺磷誘導(dǎo)表達基因的分析表明，OsSPX1是一個缺

3、磷信號的抑制因子，對其他基因受缺磷誘導(dǎo)的過程起到負向調(diào)控作用。在OsSPXl/OsPHR2雙超表達材料中，OsSPX1一方面能有效的抑制OsPHR2對水稻磷信號相關(guān)基因的調(diào)控，另一方面OsSPX1又是受到OsPHR2的調(diào)控。因此，OsSPX1可能是通過反饋抑制機制限制OsPHR2的功能。
　　 SPX結(jié)構(gòu)域第三亞家族基因OsPSS1，OsPSS2和OsPSS3表達不同程度受到缺磷抑制。其中OsPSS1只在根中受到到缺磷抑制，而O

4、sPSS2和OsPSS3在地下和地上部分都受到缺磷抑制。對OsPSS1，OsPSS2和OsPSS3基因的突變體分析發(fā)現(xiàn)，OsPSS1突變體植株的整體磷含量顯著增加，而OsPSS2和OsPSS3突變體植株磷含量沒有變化。因此，OsPSS1負調(diào)控了水稻對磷的吸收與積累。在OsPSS1的5'UTR區(qū)域，我們發(fā)現(xiàn)存在一個miR827結(jié)合位點。miR827在缺磷處理的根和葉中都顯著受到誘導(dǎo)表達。超表達miR827后，OsPSS1的表達受到顯著的抑

5、制，同時，植株的地上和地下磷含量升高，說明miR827是通過對OsPSS1的調(diào)控參與植物缺磷信號的。對OsPHR2超表達植株的分析發(fā)現(xiàn)，miR827表達顯著升高而OsPSS1受到抑制，因此OsPHR2、miR827和OsPSS1可能組成了一條植物磷信號調(diào)控的新途徑。
　　 除了對SPX結(jié)構(gòu)域相關(guān)基因的研究，本研究還克隆了OsPH02基因。與擬南芥中一致，OsPH02的突變體表現(xiàn)出嚴(yán)重的磷中毒表型。為了研究該基因的調(diào)控機制，我們利

6、用酵母雙雜交體系，篩選到多個OsPH02的相互作用蛋白，其中包含兩個同源的硫氧還蛋白（OsTRX h2a和OsTRX h4）。對這些基因的功能研究，將大大提高我們對植物缺磷信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的了解。
　　 此外，我們還對缺磷信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的終端反應(yīng)基因紫色酸性磷酸酶基因家族進行了系統(tǒng)的研究。通過對這些基因表達和啟動子的研究，我們發(fā)現(xiàn)至少有10個酸性磷酸酶基因直接受到OsPHR2的調(diào)控。同時，對以上研究得到的一系列磷過量積累造成的中毒材料