水稻低磷脅迫相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子OsPHR1和OsPHR2的功能研究.pdf

1、擬南芥中AtPHR1基因和衣藻PSR1基因已被證明是磷饑餓信號(hào)的核心調(diào)控因子，它們在進(jìn)化上同源，都屬于MYB-CC基因家族。目前水稻中參與磷信號(hào)調(diào)控的基因還未見報(bào)道。為了深入了解水稻中磷饑餓信號(hào)的調(diào)控途徑，研究水稻PHR1同源基因的功能，我們根據(jù)序列相似性比對分析，從水稻中克隆了兩個(gè)擬南芥AtPHR1的同源基因OsPHR1和OsPHR2。通過對OsPHR1和OsPHR2基因的序列特征、表達(dá)模式、特性分析以及其基因功能的研究，得到以下結(jié)論

2、： 1．OsPHR1和OsPHR2是MYB-CC家族的新成員，它們都具有高度保守的MYB-DNA結(jié)合域和CC結(jié)構(gòu)域。系統(tǒng)進(jìn)化分析表明，OsPHR1和OsPHR2基因與AtPHR1同屬于一個(gè)亞類，表明它們在進(jìn)化上親緣關(guān)系較近，其中OsPHR1與AtPHR1的同源性更高。OsPHR1基因位于第3條染色體(Chr3：120024-124948bp)，OsPHR2基因位于第7條染色體(Chr7：24959-30561bp)，并且都以單拷

3、貝形式存在。基因結(jié)構(gòu)分析表明，OsPHR1具有8個(gè)外顯子和7個(gè)內(nèi)含子，OsPHR2具有9個(gè)外顯子和8個(gè)內(nèi)含子。 2．RT-PCR分析表明OsPHR1和OsPHR2在各組織中均有表達(dá)，其中根和葉中的表達(dá)最為強(qiáng)烈，且不受磷水平的調(diào)控。 3．亞細(xì)胞定位分析表明OsPHR1和OsPHR2與GFP的融合蛋白均定位于細(xì)胞核中。酵母自激活實(shí)驗(yàn)表明，二者靠近N末端的氨基酸序列具有轉(zhuǎn)錄激活能力，表明OsPHR1和OsPHR2是兩個(gè)MYB-

4、CC家族的轉(zhuǎn)錄因子。 4．在正常供磷條件下OsPHR2的增強(qiáng)表達(dá)能引起水稻地上部有效磷的大量積累，植株表現(xiàn)出磷毒害癥狀，表現(xiàn)為植株矮小，分蘗數(shù)減少，結(jié)實(shí)率下降。而這種毒害癥狀能隨著外源磷濃度的下降而得到緩解，地上部有效磷濃度及植株生長也隨之和野生型趨于一致。說明OsPHR2參與調(diào)控了水稻體內(nèi)磷素的平衡。 5．正常供磷條件下OsPHR2的增強(qiáng)表達(dá)模擬了部分磷饑餓信號(hào)，一系列水稻磷饑餓響應(yīng)基因的表達(dá)受到顯著上調(diào)，缺磷條件下這

5、些基因的表達(dá)水平也有不同程度的增加。相應(yīng)的，在OsPHR2的干涉材料中，水稻磷饑餓響應(yīng)基因OsIPS1和OsIPS2的誘導(dǎo)表達(dá)受到部分抑制。這些結(jié)果表明OsPHR2在磷信號(hào)的調(diào)控上具有與AtPHR1類似的功能，是水稻磷信號(hào)調(diào)控體系的重要因子。同時(shí)，OsPhR2的增強(qiáng)表達(dá)提高了植物根系對低磷信號(hào)的響應(yīng)。低磷情況下OsPHR2增強(qiáng)表達(dá)株系根構(gòu)型的改變較野生型株系更為強(qiáng)烈。表明OsPHR2參與了低磷對水稻根構(gòu)型的調(diào)控。 6．正常供磷條

6、件下OsPHR2的增強(qiáng)表達(dá)誘導(dǎo)了部分水稻高親和磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)體在根葉中的表達(dá)，它們的異常表達(dá)可能是導(dǎo)致地上部有效磷的積累的部分原因。 7．和擬南芥類似，OsPHR2調(diào)控了水稻miR399基因家族的表達(dá)，但水稻中miR399基因的表達(dá)與OsPHO2的表達(dá)并不拮抗。這提示在地上部磷的轉(zhuǎn)運(yùn)和分配上水稻中有不同于擬南芥PHR1-miR399-PH02的調(diào)控機(jī)制。 8．與OsPHR2不同，OsPHR1的增強(qiáng)和干涉轉(zhuǎn)基因材料均無明顯表型，