OsLPR1对水稻生长及磷素利用过程中的作用研究

摘要

磷是植物生长发育必需的大量元素之一。由于磷素（PO43-，HPO42-，H2PO4-）在土壤中容易被固定，迁移能力较差，使得饱和的土壤溶液中可溶性磷的含量很低(小于10μM)，远远满足不了植物的生长需要。因此植物能否高效利用土壤中少量的可溶性磷对植物生长有着至关重要的影响。为了适应土壤中的低磷条件，植物在长期的进化过程中，演化出了许多生理生化上的适应机制，包括改变根系构型，分泌根际有机酸，与菌根真菌形成菌根共生体，诱导磷酸转运蛋白表达，及一系列响应磷信号的分子机制的调控。
　　在之前拟南芥的研究中已明确报道，LPR1/2(LOW PHOSPHATE ROOT1/2)是定位在细胞壁和内质网上的铁氧化酶，参与到缺磷条件下种子根发育及对环境中磷的感受机制。水稻作为单子叶模式植物，在根系发育，磷的响应机制方面与双子叶模式植物拟南芥有许多不同。我们通过在多个基因组数据库中的检索比对，确定了水稻中有5个LPR基因，根据它们与AtLPR1的序列一致性从高到低，依次命名为OsLP R1-OsLPR5。本文对其中的OsLP R1进行了较为深入的研究，主要研究结果如下:
　　1.水稻中OsLPR1基因序列登录号为Os01 g0126100，基因序列全长为2413 bp，包括3个外显子和2个内含子，转录的mRNA序列全长1749bp，其编码蛋白氨基酸序列共582个氨基酸。与拟南芥中AtLPR1/AtLPR2氨基酸序列的一致性分别为57.0％/55.3％。
　　2.利用定量RT-PCR分析显示，OsLPR1基因主要在水稻根系和根茎结合部表达，叶片部分也有少量表达;另外，OsLPR1基因受缺K、缺Fe诱导表达，受缺N、缺P抑制表达。
　　3.通过创制OsLPR1组织定位材料发现，OsLP R1主要在子房、胚、根、叶节和成熟期的茎节中表达。
　　4.通过亚细胞定位分析发现，OsLPR1定位在细胞核中和内质网上。
　　5.OsLPR1影响水稻种子的萌发和苗期的生长。OsLPR1沉默后，种子萌发期前期生长减缓;OsLPR1超表达后，种子萌发减缓，苗期的株高根长以及生物量显著降低。
　　6.OsLPR1在水稻体内不同形态磷的平衡过程中起作用。OsLPR1的超表达引起水稻地上部分中可提取磷的浓度显著上升，可能影响了植物细胞中磷的转运和再分配过程。
　　7.通过研究OsLPR1基因与养分之间的关系，为新型肥料的研发提供了一定的基础。

目录

声明

论文说明

摘要

英文缩略符及中英文对照表

第一章 文献综述

引言

1．植物对养分(磷)的适应机制研究

2．植物根系形态构造发育的研究

3．响应低磷信号重要基因的研究

4．LPR基因的相关研究

第二章 水稻中OsLPR1的生物信息学与表达模式分析引言

引言

1．试验材料

2．试验方法

2．1 OsLPR1的生物信息学分析

2．2 OsLPR1的表达模式分析

2．3 亚细胞定位

3．结果与分析

3．3 OsLPR1蛋白结构域分析

3．4 水稻中OsLPR1基因芯片数据分析

3．5 OsLPR1在水稻中的时空表达

4．讨论

第三章 OsLPR1超表达、RNAi以及突变体材料创制和遗传背景的鉴定

引言

1．试验材料

2．实验方法

2．1 载体的构建

2．2 农杆菌介导的水稻转化

2．3 植物总RNA提取、cDNA合成及RT-PCR反应

2．4 植物基因组DNA提取与Southern鉴定拷贝数

3．实验结果

3．2 OsLPR1转基因材料表达效果和拷贝数鉴定

3．3 OsLPR1 Spacer的特异性分析以及突变体材料的获得

4．讨论

第四章 OsLPR1超表达及部分沉默对水稻生长发育及养分利用的影响

引言

1．试验材料

2．试验方法

2．1 植物生长条件

2．2 植株可提取磷含量的测定

2．3 植株全磷含量的测定

2．4 植株微量元素的测定

3．结果与分析

3．1 OsLPR1超表达、RNAi对水稻种子萌发的影响

3．2 OsLPR1超表达、RNAi对水稻苗期株商限长的影响

3．2 OsLPR1超表达、RNAi对水稻苗期生物量的影响

3．4 OsLPR1超表达、RNAi对水稻苗期养分利用的影响

4．讨论

全文结论

创新点

参考文献

附录

在读期间发表的论文

致谢