水稻低磷胁迫相关转录因子OsPHR1和OsPHR2的功能研究

摘要

拟南芥中AtPHR1基因和衣藻PSR1基因已被证明是磷饥饿信号的核心调控因子，它们在进化上同源，都属于MYB-CC基因家族。目前水稻中参与磷信号调控的基因还未见报道。为了深入了解水稻中磷饥饿信号的调控途径，研究水稻PHR1同源基因的功能，我们根据序列相似性比对分析，从水稻中克隆了两个拟南芥AtPHR1的同源基因OsPHR1和OsPHR2。通过对OsPHR1和OsPHR2基因的序列特征、表达模式、特性分析以及其基因功能的研究，得到以下结论： 1．OsPHR1和OsPHR2是MYB-CC家族的新成员，它们都具有高度保守的MYB-DNA结合域和CC结构域。系统进化分析表明，OsPHR1和OsPHR2基因与AtPHR1同属于一个亚类，表明它们在进化上亲缘关系较近，其中OsPHR1与AtPHR1的同源性更高。OsPHR1基因位于第3条染色体(Chr3：120024-124948bp)，OsPHR2基因位于第7条染色体(Chr7：24959-30561bp)，并且都以单拷贝形式存在。基因结构分析表明，OsPHR1具有8个外显子和7个内含子，OsPHR2具有9个外显子和8个内含子。 2．RT-PCR分析表明OsPHR1和OsPHR2在各组织中均有表达，其中根和叶中的表达最为强烈，且不受磷水平的调控。 3．亚细胞定位分析表明OsPHR1和OsPHR2与GFP的融合蛋白均定位于细胞核中。酵母自激活实验表明，二者靠近N末端的氨基酸序列具有转录激活能力，表明OsPHR1和OsPHR2是两个MYB-CC家族的转录因子。 4．在正常供磷条件下OsPHR2的增强表达能引起水稻地上部有效磷的大量积累，植株表现出磷毒害症状，表现为植株矮小，分蘖数减少，结实率下降。而这种毒害症状能随着外源磷浓度的下降而得到缓解，地上部有效磷浓度及植株生长也随之和野生型趋于一致。说明OsPHR2参与调控了水稻体内磷素的平衡。 5．正常供磷条件下OsPHR2的增强表达模拟了部分磷饥饿信号，一系列水稻磷饥饿响应基因的表达受到显著上调，缺磷条件下这些基因的表达水平也有不同程度的增加。相应的，在OsPHR2的干涉材料中，水稻磷饥饿响应基因OsIPS1和OsIPS2的诱导表达受到部分抑制。这些结果表明OsPHR2在磷信号的调控上具有与AtPHR1类似的功能，是水稻磷信号调控体系的重要因子。同时，OsPhR2的增强表达提高了植物根系对低磷信号的响应。低磷情况下OsPHR2增强表达株系根构型的改变较野生型株系更为强烈。表明OsPHR2参与了低磷对水稻根构型的调控。 6．正常供磷条件下OsPHR2的增强表达诱导了部分水稻高亲和磷酸转运体在根叶中的表达，它们的异常表达可能是导致地上部有效磷的积累的部分原因。 7．和拟南芥类似，OsPHR2调控了水稻miR399基因家族的表达，但水稻中miR399基因的表达与OsPHO2的表达并不拮抗。这提示在地上部磷的转运和分配上水稻中有不同于拟南芥PHR1-miR399-PH02的调控机制。 8．与OsPHR2不同，OsPHR1的增强和干涉转基因材料均无明显表型，但它仍然能调控磷信号报告基因的表达，它和OsPHR2的功能可能存在部分冗余。

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论文说明：缩略表

致谢

文献综述

引言

1.植物中磷信号传导及调控机制的研究

1.1.拟南芥中以PHR1为中心的磷信号调控体系

1.2.microRNA对磷信号的调控

1.3.类泛素化修饰对磷信号的翻译后调控

2.磷素分布转运与调控因子的研究

2.1.pho1

2.2.pho2

2.3.pho3

2.4.at4

第二章水稻低磷胁迫相关转录因子OsPHR1和OsPHR2基因的同源克隆及生物信息学分析

1.方法

1.1.OsPHR1和OsPHR2基因的序列分析与同源克隆

1.2.OsPHR1和OsPHR2与MYB-CC家族基因的联配比较

1.3.OsPHR1和OsPHR2与MYB-CC家族基因的系统进化分析

2.结果与分析

1.1.OsPHR1和OsPHR2的基因结构和蛋白结构分析

2.2.OsPHR1和OsPHR2与MYB-CC家族蛋白联配及进化树分析

3.小结与讨论

第三章OsPHR1和OsPHR2基因的表达分析

1.OsPHR1和OsPHR2基因的组织特异性表达分析

1.1.材料

1.2.方法

1.3.结果与分析

2.OsPHR1和OsPHR2蛋白的亚细胞定位分析

2.1.材料

2.2.方法

2.3.结果与分析

3.OsPHR1和OsPHR2蛋白的自激活活性分析

3.1.材料

3.2.方法

3.3.结果与分析

4.小结与讨论

第四章OsPHR1和OsPHR2的转基因及表型分析

1.OsPHR1和OsPHR2超表达及RNAi干涉转基因水稻的构建

1.1.材料

1.2.方法

1.3.结果与分析

2.OsPHR2转基因增强及干涉株系的表型分析

2.1.材料

2.2.方法

2.3.结果与分析

4.OsPHR1转基因增强及干涉株系的表型分析

3.1.材料

3.2.方法

3.3.结果与分析

5.小结与讨论

第五章OsPHR2基因对下游基因表达的调控

1磷饥饿响应基因在OsPHR2增强及RNAi干涉株系中的表达

1.1.材料

1.2.方法

1.3.结果与分析

2高亲和磷酸转运体OsPTs在OsPHR2增强株系中的表达

2.1.材料

2.2.方法

2.3.结果与分析

3 OsPHO2及MicroRNA(miR399)在OsPHR2增强株系中的表达

3.1.材料

3.2.方法

3.3.结果与分析

4小结与讨论

第六章结论与展望

1.结论

2.展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的科研论文