番茄磷转运蛋白基因LePT1和LePT2在水稻中的功能鉴定

摘要

磷是植物生长发育必需的三大生命元素之一广泛参与植物体内的一系列代谢过程,如信号转导、能量转移、生物化学合成等。土壤中的磷主要以无机正磷酸盐(H2PO4-)的形态被植物根系细胞膜上的磷转运蛋白吸收和转运到体内。然而可溶性的无机磷酸盐极易被土壤中大量存在的铁、铝、钙等金属离子及微生物固定,从而造成土壤中有效磷的普遍缺乏。在自然界长期的进化过程中,植物已经形成了一系列对磷素缺乏的适应性机制,包括改变根系形态结构、改善根际土壤环境、与土壤中的菌根真菌形成互惠共生体系、诱导高亲和力磷转运蛋白基因的表达等。通过挖掘调控磷高效吸收利用的基因资源,培育磷高效的农作物品种,从而提高作物利用土壤难溶性磷的能力,已成为当前农业科学家和育种工作者关注和研究的热点。研究表明,植物主要通过在细胞膜上表达多种不同亲和力的磷转运蛋白来吸收土壤中的有效磷,并在体内进行转运和分配。迄今为止,大多数被克隆并鉴定的植物磷转运蛋白都属于高亲和的Pht1家族。本课题利用分子克隆技术从番茄中克隆到两个高亲和磷转运蛋白基因LePT1/LePT2,并通过农杆菌介导的转基因技术将这两个基因分别转化到水稻中进行超表达研究,所获实验结果如下:
　　 1.序列比对和跨膜结构分析表明,LeP77/LePT2基因在结构和功能性位点上具有高度的保守性,符合植物Pht1高亲和磷转运蛋白基因的跨膜结构特征。进化树分析显示,LePT1/LePT2基因分别与水稻Pht1家族中OsPT2和OsPT4具有最近的进化关系。
　　 2.RT-PCR结果表明,在CaMV35S强启动子的驱动下,LePT1/LepT2在部分水稻转化株系中能够高量表达。对转基因水稻中内源Pht1基因的RT-PCR检测发现,LePT7/LePT2在水稻中的大量表达,几乎不影响水稻OsPTs的表达水平.
　　 3.通过不同磷浓度处理,测定了水稻野生型和转基因植株的表型、有效磷浓度、总磷浓度,结果显示在低磷处理条件下LePT1/LePT2在水稻根和叶中的高量表达,能引起地上部有效磷的积累,显著增加LePT1/LePT2的转基因水稻的株高和生物量。但在高磷培养条件下,转入LePT1/LePT2的水稻植株有效磷过量的积累,导致转基因水稻较野生型植株矮小,分蘖数显著减少。
　　 以上结果说明LePT1和LePT2的确具有吸收和转运磷素的功能,也说明双子叶植物的磷酸盐转运蛋白可通过分子遗传途径直接用于调控单子叶植物磷素的利用。