水稻转录因子基因OsPHR3在磷氮利用过程中的作用

摘要

磷是植物体生长发育所必须的大量营养元素之一，广泛参与植物体多种生命活动，土壤中磷的有效性很低，是农业生产中限制作物产量的重要因素。植物的主要矿质氮源是铵态氮和硝态氮，由于土壤中氮素含量很低，并且容易流失，一般来说不能满足作物对氮素的需求。水稻是我国重要的粮食作物，磷氮是水稻生产的重要限制因子，因此研究OsPHR3基因在磷氮利用过程中的作用，对于提高磷氮的吸收和利用效率具有重要意义。本文以水稻转录因子基因OsPHR3为研究对象，以水稻模式品种日本晴为试验材料，通过生物信息学和表达模式分析鉴定该基因的表达特征，利用Tos17插入突变体及超表达材料研究OsPHR3基因功能，为水稻磷氮高效吸收利用和现代分子育种技术提供一定的研究基础。所获主要结果如下:
　　1.生物信息学分析显示OsPHR3基因位于水稻第2条染色体上，cDNA全长为1404bp，能够编码467个氨基酸，具有7个外显子和6个内含子，具有MYB-CC和MYB-HTH结构域。利用定量PCR分析表明该基因地上部和根系受缺磷诱导，同时根系缺氮时表达量下调。
　　2.通过对OsPHR3突变体和超表达材料的研究分析，发现在水稻苗期OsPHR3基因能够促进磷氮养分的吸收并向地上部转运。与野生型相比，OsPHR3突变体根系与地上部的可提取性磷及总磷含量均无明显变化;而OsPHR3超表达后根系和地上部的磷含量明显增加。32Pi同位素实验以及15N同位素实验表明OsPHR3超表达后能够提高水稻的磷氮吸收或转运速率。
　　3.桶培实验研究发现OsPHR3参与了水稻生殖生长时期磷氮元素的转运过程，并且能够提高水稻的单株产量。OsPHR3基因缺失后对水稻整个生长发育过程没有显著的影响，只有在成熟期水稻的株高、穗长等发生变化;与野生型相比，该基因超表达后有效分蘖数和单株产量分别平均增加了14.7％、11.9％，叶鞘、稳柄和种子总磷总氮含量显著升高。可见，OsPHR3超表达后，促进了氮磷的吸收和利用，并且能够提高水稻的单株产量。

目录

论文说明

声明

摘要

英文缩略符及中英文对照表

第一章 文献综述

引言

1．1 植物适应低磷胁迫的形态学变化和生理生化机制

1．2 植物适应低磷胁迫的磷信号调控机制

2．植物氮素营养研究进展

2．1 植物适应氮胁迫的生理生化机制

2．2 植物适应氮胁迫的氮信号调控机制

3．研究目的和意义

第二章 OsPHR3基因生物信息学和表达模式分析

1．试验材料

2．试验方法

2．1 生物信息学分析

2．2 水稻生长条件与采样

2．3 总RNA提取及cDNA合成

2．4 定量PCR

3 结果与分析

3．1 水稻和拟南芥中相关基因氨基酸序列、蛋白结构域一致性分析

3．2 水稻和拟南芥中MYB-CC家族成员进化树分析

3．3 OsPHR3在不同组织器官表达模式的芯片分析

3．4 水稻OsPHR3基因的氮磷表达模式分析

4．小结与讨论

第三章 OsPHR3转基因材料的获得和鉴定

1 试验材料

2 转基因材料的获得

2．1 OsPHR3基因超表达载体的构建

2．2 水稻转基因

3 转基因材料的分析鉴定

3．1 OsPHR3超表达效果鉴定

3．2 突变体材料的鉴定

4 结果和分析

4．1 水稻OsPHR3超表达株系效果鉴定

4．2 OsPHR3基因纯合突变体的鉴定

5．小结与讨论

第四章 OsPHR3在水稻苗期磷氮利用过程中的作用

1 试验材料

2 试验方法

2．1 OsPHR3基因在水稻苗期磷素利用过程中的作用

2．2 OsPHR3基因在水稻苗期氮素利用过程中的作用

3 结果与分析

3．1 缺磷条件下OsPHR3基因对水稻苗期生长的影响

3．2 水培条件下OsPHR3基因对水稻苗期磷含量的影响

3．3 OsPHR3基因对水稻磷素吸收和转运能力的影响

3．4 缺氮条件下OsPHR3基因对水稻苗期生长的影响

3．5 OsPHR3基因对水稻氮素吸收和转运能力的影响

4．小结与讨论

第五章 OsPHR3在水稻生长后期磷氮利用过程中的作用

1 试验材料

2 试验方法

2．1 植物生长条件与采样

2．2 植物总磷总氮含量的测定

2．3 转基因材料成熟期相关农艺性状统计

3 结果与分析

3．1 OsPHR3基因对水稻成熟期生长发育的影响

3．2 OsPHR3基因对水稻成熟期各部位磷氮含量的影响

3．3 OsPHR3基因缺失和超表达对水稻繁殖器官的影响

4．小结与讨论

全文结论

创新点

参考文献

附录

在读期间发表的论文

致谢