拟南芥和油菜根毛发生转录因子WER表达与磷高效关系的研究

摘要

甘蓝型油菜是我国重要的油料作物之一,也是潜在的生物能源。甘蓝型油菜需磷较多,对缺磷敏感。苗期供磷不足,往往会影响到后期的生长发育,产量降低。低磷胁迫下,植物可通过根毛的长度与密度的增加来提高植物对土壤磷(主要是土壤难溶性磷)的吸收能力。大部分根系分泌物也是在根毛形成后通过根毛分泌的。
　　 拟南芥和油菜同属芸薹科,亲缘关系较近。本研究分别通过琼脂平板垂直培养、营养液培养和土壤盆栽试验研究了拟南芥根毛wer突变体根毛发生、磷吸收利用和植物生长的关系,以揭示根毛在低磷条件下对促进磷的吸收的贡献；根据拟南芥中WER基因序列信息,分别分离获得甘蓝型油菜、白菜和甘蓝中的WER同源基因,研究了甘蓝型油菜这些基因的表达与磷营养的关系。获得的主要研究结果如下:
　　 1.拟南芥wer突变体根毛与磷的吸收利用
　　 缺磷与正常磷处理下,wer突变体根毛数量均多于野生型；同一磷浓度下,突变体较野生型具有更多的根毛或根毛突起。营养液培养,1.0μM磷浓度时,虽然突变体与野生型相比干物质重,磷含量均无显著差异,但草酸,柠檬酸分泌量及植酸酶活性皆显著高于野生型。这表明,缺磷胁迫时wer突变体具有较强的分泌有机酸和植酸酶的能力。由于营养液培养磷源为磷酸二氢钾,为可溶性磷,根系分泌物在促进磷的吸收方面未能发挥作用。土培盆栽试验,缺磷条件下,突变体生长显著好于野生型,这显示植物较多根毛及其根系分泌物能够活化土壤难溶性磷和增加植物对磷的吸收。
　　 在正常磷水平下,根系分泌物中没有检测到柠檬酸,但低磷胁迫下,柠檬酸分泌量较高,这表明柠檬酸可能是拟南芥受低磷胁迫诱导分泌的主要有机酸之一。草酸和苹果酸的分泌量也随着营养液磷浓度的降低而显著增加,二者都是缺磷诱导分泌增加的有机酸。
　　 2.甘蓝型油菜、白菜和甘蓝WER同源基因克隆及甘蓝型油菜BnWER基因表达分析
　　 在分离获得甘蓝型油菜WER同源基因BNWER1和BNWER2基础上,在甘蓝型油菜中又分离得到另外两个WER同源基因:BNWER3和BNWER4；在白菜中分离得到BRWER1和BRWER2,其中BRWER1与白菜数据库中的AC189227 BAC上一段序列完全一致；在甘蓝中分离得到的四个同源基因分别命名为BOWER1、BOWER2、BOWER3和BOWER4。包括拟南芥WER基因在内的11个油菜WER片段大致分为两类,三个物种的基因组中均含有这两类序列,此结果表明芸薹属A,C基因组在进化上的相近性。
　　 对甘蓝型油菜中三个基因BNWER2,BNWER3和BNWER4不同磷水平下的表达分析表明,甘蓝型油菜中的WER是受磷胁迫上升表达的基因,而控制根毛产生的CPC基因是一个响应低磷胁迫强烈上升表达的转录因子。BNWER基因在低磷胁迫下上升表达会抑制根毛的产生,因此.BNWER基因的突变可以产生低磷条件下多根毛突变体。研究为继续通过TILLING技术筛选甘蓝型油菜EMS突变体库,获得更多的磷高效wer突变体提供了理论基础。

目录

文摘

英文文摘

缩略词表

1.文献综述

1.1 植物根毛的发生及其与磷的吸收

1.1.1 根毛的发生及相关转录因子

1.1.2 根毛与植物矿质养分吸收

1.2 根系酸性磷酸酶分泌与磷的吸收

1.3 植酸酶分泌与磷的吸收

1.4 根系有机酸分泌与磷的吸收

2.研究意义和目的

2.1 研究意义

2.2 研究基础

2.3 研究内容和目的

2.4 技术路线

3.拟南芥WER突变体根毛发生与磷营养关系研究

3.1 不同磷水平下拟南芥WER突变体根毛发生的差异

3.1.1 材料与方法

3.1.2 结果与分析

3.1.3 讨论

3.2 拟南芥WER突变体与野生型生理生化指标的差异

3.2.1 材料与方法

3.2.2 结果与分析

3.2.3 讨论

4.甘蓝型油菜中WER同源基因的克隆及不同磷水平下的表达

4.1 甘蓝型油菜、白菜和甘蓝中WER同源基因的克隆、序列分析与定位

4.1.1 材料与方法

4.1.3 结果与分析

4.1.4 讨论

4.2 甘蓝型油菜WER基因表达分析

4.2.1 材料与方法

4.2.2 试验结果与分析

4.2.3 讨论

5.结论与展望

参考文献

致谢

附录