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水稻磷转运蛋白ospht1;3在磷素吸收转运和再分配过程中的功能研究(附件)

2021-08-21 15:45编辑: www.51jrft.com51今日论文网
水稻是我国最重要的粮食作物之一,而磷(P)是植物生长发育所必需的大量营养元素之一,对水稻磷素营养的生理学及分子生物学机制的研究,不仅具有理论研究价值,也具有重大的经济和社会意义。水稻对磷素的吸收和转运主要是通过位于细胞质膜上的磷酸盐转运蛋白进行的。目前水稻磷酸盐转运蛋白基因家族OsPHT1中大部分成员的功能已经明确,而OsPHT1;3(OsPT3;AF536967)的功能有待进一步的研究。本研究项目以水稻磷酸盐转运蛋白基因OsPT3为研究对象,以模式品种日本晴(Nipponbare)为研究材料,通过生物信息学、实时荧光定量PCR(Q-PCR)、目的基因启动子驱动GUS报告基因转基因材料分析其表达模式,酵母和蛙卵异源表达系统证明其磷吸收功能,通过CRISPR-Cas9和分子克隆技术敲除和超表达目的基因,获得转基因材料来进一步研究OsPT3在水稻中的功能。初步研究结果表明,OsPT3根部受缺磷诱导强烈表达,正常供磷基本不表达;地上部表达微弱,且不受缺磷诱导。烟草瞬时表达系统初步显示OsPT3定位在质膜上。OsPT3的过表达材料有明显的磷中毒症状,且老叶磷含量是野生型的5到6倍;突变体材料在低磷条件下根系磷含量明显降低,说明OsPT3可能主要参与了在缺磷条件下根部对磷的吸收以及向地上部的转运。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
第一章 文献综述2
引言2
1.1植物中磷的生理功能 3
1.2土壤中磷含量 3
1.3 Pht1家族磷转运蛋白基因3
1.4磷转运蛋白基因功能的鉴定4
1.5研究目的与研究思路4
第二章 OsPT3功能研究5
1材料与方法5
1.1研究材料 5
1.2研究方法 5
2结果与分析 6
2.1 OsPT3基因生物信息学分析6
2.2 OsPT3基因的表达模式分析7
2.3 OsPT3基因的功能验证 8
2.4 OsPT3超表达株系水培表型观察9
2.5 OsPT3超表达株系有效磷含量的测定结果10
全文结论 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072
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参考文献12
水稻磷转运蛋白OsPHT1;3在磷素吸收、转
运和再分配过程中的功能研究
环境科学 熊伟宏 13414231
引言
磷(P)是植物代谢必需的重要营养元素,普遍介入植物体内的生化合成、能量转移、信号转导等生长代谢过程。植物细胞中无机磷的浓度通常都大于10 mM,所以说磷素在植物生命活动过程中扮演着举足轻重的角色(Bieleski,1973)。通常情况下植物体内磷素的含量占植物干重的0.05~0.5%(Vance et al., 2003),在植物的整个生命周期中扮演着举足轻重的功能角色。
植物的主要磷素来源是土壤中的无机磷酸盐,包含H2PO4、HPO42和PO43三种形态(Mimura et al, 1995; Vance et al., 2003)。其中无机正五价磷酸盐(H2PO4)最优先被植物根系吸收,其吸收方式主要是由植物根系细胞膜上的磷酸盐转运蛋白(phosphate transporter)的吸收和运输作用(Schachtman et al., 1998; Vance et al., 2003)。土壤中有着丰富的含磷量,然而这其中有机态磷的形式占比大约80%(Jungk et al., 1993),并且大部分可溶的磷酸根离子在不同酸碱性土壤中易被钙、镁、铝、铁等各种金属离子及其他化合物固定从而形成难溶态的磷,植物无法将其吸收利用,因而土壤溶液中实际的有效磷的含量大概只有1~2 μM(Schachtman et al., 1998; Raghothama, 1999)。即使在特定条件下,肥沃的土壤中可直接被吸收利用的有效磷的浓度也几乎不超过10 μM(Bieleski, 1973),远远低于植物组织中的磷浓度(5~20 mM) (Raghathama,1999)。
植物为了应对各种缺磷的土壤环境,经过长期进化产生了各种复杂而又精细的适应机制,包括调整根系的形态结构、分泌更多的有机酸来活化利用根际土壤中难溶性的磷、与菌根真菌形成有益共生体系、促进磷从液泡向细胞质内的转移和循环利用以及诱导增强高亲和磷转运蛋白基因的表达等途径来活化和提高土壤中磷的生物有效性(Raghothama, 2000; Rausch and Bucher, 2002; Hammond et al., 2004; Ticconi and Abel, 2004; Zhou et al.,2008; Ai et al., 2009; Liu et al., 2010; Jia et al.,2011; Sun et al.,2012; Wang et al., 2013; Zhang et al., 2015; Guo et al., 2015)。 近年来的研究热点主要集中在揭示调控植物磷饥饿反应的分子信号网络(Bari et al., 2006; Zhou et al., 2008; Lin et al., 2008; Liu et al., 2010; Choiu J and Lin S 2011; Wu et al., 2013; Secco et al., 2013; Lv et al., 2014; Wang, et al., 2014; Chen et al., 2015; CardonaLópez et al., 2015)。植物体内磷酸盐转运蛋白基因的表达主要在于诱导与调控。土壤中的磷素主要是以正五价磷酸盐(H2PO4,Pi)的形态被植物根系吸收,其吸收途径是细胞膜上的磷酸盐转运蛋白。因此,细胞质膜上磷酸盐转运蛋白的数量和对磷酸根离子的亲合性直接影响植物对磷素的吸收速率(Smith et al., 2000; 王萍等,2006; 杨存义等,2006)。
大部分植物拥有两个磷吸收系统,即Km值在μmol/L范围内的高亲和力系统(highaffinity phosphate transporter systems)和Km值在mmol/L范围内的低亲和力系统(lowaffinity phosphate transporter systems)(Muchhal et al., 1996)。据报道,植物磷酸盐转运蛋白基因主要分为 Pht1、Pht2、Pht3和 Pht4四个基因家族(Poirier and Bucher, 2002; Guo et al., 2008; Lin et al., 2009)。现状是,植物中Pht1和Pht2两大家族磷转运蛋白基因的研究成果占绝大部分。

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