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水稻磷转运蛋白ospt1;5在不同品种中的差异机制研究

2021-08-21 15:45编辑: www.51jrft.com51今日论文网
本文旨在明确磷转运蛋白基因OsPHT1;5(OsPT5, Os04g0185600)的表达特征,揭示其在水稻中的功能,为植物磷转运体的功能研究提供新的方向。我们从水稻中克隆到OsPT5的基因序列并采用CRISPR-Cas9技术创制了日本晴品种的突变体, 采用了生物信息学方法结合荧光定量PCR(Q-PCR),以及本式烟草叶片表皮细胞瞬时表达和酵母突变体回补试验,再统计突变体与野生型的表型,对OsPT5的表达模式,基因定位和功能进行研究。结果发现OsPT5在水稻大部分部位都有表达。OsPT5的亚细胞水平定位可能位于质膜。OsPT5能回补酵母磷吸收突变株。日本晴ospt5突变体相对于野生型的表型和可提取磷浓度没有差异;而Dongjin-ospt5突变体相对于野生型的生物量、株高、根长和可提取磷浓度都降低;说明OsPT5在不同水稻品种存在功能差异。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法4
1.1材料 4
1.2方法 4
1.2.1 生物信息学分析 4
1.2.2 总RNA的提取及反转录4
1.2.3 荧光定量PCR(QPCR)分析 4
1.2.4 烟草瞬时表达体系亚细胞定位分析 4
1.2.6 酵母突变体异源回补 4
2 结果与分析5
2.1 日本晴OsPT5的表达模式分析5
2.2 OsPT5亚细胞水平定位分析 5
2.3 OsPT5在酵母突变株中的功能验证 6
2.4 Ospt5突变体对水稻磷素吸收转运的影响6
2.4.1 日本晴ospt5突变体的表型及相关生理数据6
2.4.2 Dongjin品种中ospt5突变体的表型及相关生理数据 9
3 讨论 9
致谢 10
参考文献 10
水稻磷转运蛋白OsPHT1;5在不同品种中的差异机制研究
引言
水稻是我国最重要的粮食作物之一,水稻种植面积约占全国粮食作物面积的30%,其产量接近粮食总产量的一半。我 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072
国有一半以上人口的主食是大米,它是我国居民饮食中热量和各种营养元素的主要来源[1]。世界水稻的种植面积达15亿公顷,占总耕地的10%,近年来,随着世界人口的不断增长(且主要发生在以水稻为主食的不发达地区)和耕地面积的日益减少,至2025年,水稻产量要在目前的基础上增加60%左右才能满足日益增长的人口对粮食的基本需求[2]自上个世纪70年代以来,培育出的杂交水稻大大提升了我国水稻的单产和总产量,特别是近几年以袁隆平院士为首的超级杂交稻研究团队屡次打破水稻亩产的记录,使得我国在杂交水稻的研究领域始终处于世界领先地位。另一方面,化肥工业在我国发展十分迅速,这对于水稻产量的巨大提升也是至关重要的,但是随着化肥施用量的快速增长,水稻养分利用效率却在逐年下降。过量施用肥料的直接后果是养分利用效率的降低,矿产资源的过度开采以及肥料的巨大浪费,更造成严重的环境污染(如磷肥的过量施用导致水体富营养化)。随着农业资源利用与环境保护矛盾的日益加剧,人们越来越重视研究和改良水稻磷素利用的遗传潜力,从根本上提高水稻对肥料的利用效率[3][4][5][6]。所以,研究植物磷素营养的生理学及分子生物学机制,挖掘植物高效利用磷酸盐营养的种质资源,发展磷高效作物品种的现代分子育种技术,不仅具有重要理论研究价值,也具有重大的经济和社会意义。
磷(P)是植物生长所需的17种基本元素之一,该元素在一系列过程中起着重要作用,包括生化合成、能量转移、信号转导等生化代谢过程。在植物细胞中无机磷的浓度一般都大于10 mM,可以说磷素在植物生命活动过程中扮演了中心角色。通常情况下植物体内磷素的含量占植物干重的0.05~0.5%,是植物生长和发育的最限制因素,在植物的整个生命周期中行使着非常重要的功能[7]。
植物从土壤中获取的磷素主要是无机磷酸盐形态(Pi),包括H2PO4、HPO42和PO43三种形态[8]。其中无机正磷酸盐(H2PO4)最易被植物根系吸收,它主要是被植物根系细胞膜上的磷酸盐转运蛋白(phosphate transporter)吸收然后运输到体内[9]。土壤中磷素含量很高,然而大约70%的磷在土壤中都是以有机态的形式存在[10],而且可溶的PO43在酸性和碱性土壤中易被Ca、Mg、Al、Fe和其他一些离子及其他化合物固定而形成难溶态的磷,在酸性土壤中,H2PO4与铁,铝和锰反应,生成不溶性氧化物。在碱性土壤中,可溶性H2PO4与钙迅速反应形成不溶性化合物。肥料中的磷酸盐也是如此:当浓缩的过磷酸钙肥被添加到土壤时,高度可溶性磷酸一钙(CaH2PO4)4与碳酸钙(CaCO3)快速反应形成磷酸二钙,再与CaCO3反应形成三钙磷酸盐,经历进一步的反应变得更难以溶解(比新鲜磷酸三钙多1000倍)。所以是即使土壤中磷含量很高,但是不容易被植物吸收利用,因而土壤溶液中实际有效磷的含量平均只有2 μM左右,即使在沃腴的土壤中,可直接吸收利用的磷的浓度也很少超过10 μM,远远少于植物组织中含有的磷的浓度(5~20 mM)[11]。

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