磷调控基因突变体鉴定及其对生长素极性运输的调控初探

摘要

磷是植物生长发育所必需的大量元素之一，对植物起着不可替代的作用，是许多生物大分子如核酸、磷脂和蛋白质和ATP的重要组成成分。广泛地参与植物体内的能量转移、信号转导、光合作用等生化过程。由于土壤中的磷容易被吸附固定，且在土壤中移动性太差，植物不能很好的吸收利用造成植物的缺磷。为了应对土壤的长期缺磷影响，植物自身进化出了一套适应低磷胁迫环境的代谢反应机制。生长素是一类非常重要的激素，生长素及其极性运输不仅影响植物的形态特征，而且和矿质元素的吸收、运输和分布之间存在着密切的联系。磷信号途径与生长素信号途径之间有着复杂的调控关系，在低磷反应中生长素起重要的作用。当植物体受到缺磷胁迫时，植物所产生的一系列缺磷反应，主要依赖于植物体内生长素浓度的变化，在受到缺磷胁迫信号时，植物体内生长素含量发生变化，依靠生长素极性运输途径、完成生长素在植株体内的重新分布，影响植物根系的生长发育，根构型发生改变。低磷条件下生长素影响根毛的伸长、侧根的发育、主根的长度等方面。生长素作为植物最为重要的信号分子，对植物的生长发育有多方面的影响，研究缺磷信号转导途径基因和生长素极性运输相关基因之间的调控关系，有助于人们更清晰的认识磷素和生长素之间的内在联系，能够为提高水稻磷吸收效率提供理论依据，能更好的改善植物对磷素养分的吸收，对提高作物产量和环境保护，具有重要的意义。
　　本试验对购自日本的水稻突变体库ospho1突变体材料(编号为NC0015、NE2044）进行两轮PCR法鉴定，筛选出突变纯合体ospho1。对鉴定所得纯合体ospho1进行试验，分析其与野生型表型的差异。为了研究磷信号调控基因与生长素极性运输相关基因之间的联系，我们利用缺磷信号转导途径中重要的突变体osphr2、ospho2、ossiz1，通过Q-PCR技术，检测在正常供磷和缺磷条件下osphr2、ospho2、ossiz1根系及叶片中生长素OsPINs家族及OsA UX1基因表达的差异。本文获得的主要结果如下:
　　1.通过两轮PCR技术鉴定并筛选出水稻Tos17插入突变纯合体ospho1。然后对野生型与ospho1材料的农艺性状进行分析。发现OsPHO1的缺失影响了水稻的生长和发育。主要体现在株高、分蘖、穗长、结实率与千粒重等在农艺性状上的差异。与野生型相比，OsPHO1的突变导致株高降低，有效分蘖数减少，穗长变短，说明OsPHO1对植物的生长具有重要的作用。突变体种子长度增加，宽度降低，千粒重明显下降，显著地降低了籽粒产量。说明了OsPHO1在植物体繁育器官中起重要的作用
　　2.缺磷信号途径中的相关基因OsPHR2、OsPHO2、OsSIZ1均参与了水稻根中与叶片中生长素的极性运输，OsPHR2、OsPHO2、OsSIZ1的缺失都能够影响植物体内生长素的输出与输入，缺磷胁迫影响OsPHR2、OsPHO2、OsSIZ1对生长素极性输入与输出的调控能力。在osphr2根系与叶片中，无论在正常供磷或缺磷情况下OsA UX1的表达均受到抑制，推测OsA UX1受到OsPHR2的正调控。OsPIN5a在osphr2根系和叶片中均增强表达，推测OsPIN5a受到OsPHR2的负调控。在突变体ossiz1根系与叶片中，无论在正常供磷与缺磷条件下OsAUX1与OsPIN1b的表达均受到抑制，推测OsAUX1与 OsPIN1b受OsSIZ1的正讽控。

目录

声明

摘要

英文缩略符及其中英文对照表

第一章 文献综述

1 引言

2 植物磷素营养的生理功能

3 植物对低磷胁迫反应研究进展

3．1 植物在缺磷条件下的形态发育上的变化

3．2 植物在缺磷条件下的生理生化和代谢反应

3．3 植物磷信号网络中主要成员简介

4 植物激素生长素的研究进展

4．1 生长素合成与代谢

4．2 生长素信号转导途径简介

4．3 生长素的极性运输

5 磷信号与生长素信号的交互作用

6 研究意义

第二章 水稻ospho1突变纯合体的鉴定

1 引言

2 材料与方法

2．1 试剂和引物

2．2 生物材料

2．3 植株生长条件

2．4 植株样品DNA的提取

2．5 植株样品RNA的提取及cDNA的合成

2．6 半定量RT-PCR检测

2．7 OsPHO1突变纯合体及沉默效果鉴定

2．8 OsPHO1突变纯合体农艺性状分析

3 结果与分析

3．1 OsPHO1突变纯合体鉴定

3．2 OsPHO1突变体农艺性状分析

4 小结与讨论

第三章 磷调控基因突变体osphr2、ospho2和ossiz1中OsPINs家族基因与OsAUX1的表达分析

1 引言

2 材料与方法

2．1 材料

2．2 水培实验

2．3 植株样品RNA的提取及cDNA的合成

2．4 实时荧光定量RT-PCR方法

3 结果与分析

3．1 突变体osphr2中OsPINs家族基因和OsAUX1基因的表达分析

3．2 突变体ospho2中OsPINs家族基因和OsAUX1基因的表达分析

3．3 突变体ossiz1中OsPINs家族基因和OsAUX1基因的表达分析

4 小结与讨论

第四章 结论与展望

1 结论

2 展望

创新点

参考文献

在读期间发表的论文

致谢