改變磷轉(zhuǎn)運蛋白基因OsPT8的表達對水稻種子植酸和中微量元素含量的影響.pdf

1、磷作為植物必需的大量元素之一，在植物生長發(fā)育過程中起著重要作用。在植物種子形成過程中，由于其積累的磷素養(yǎng)分超過了細胞代謝所需，因此高等植物將這些過剩的磷合成為植酸。大量研究表明，植酸可與鈣、鎂、鐵、鋅等金屬元素絡(luò)合，最終以植酸鹽的形式儲存在作物籽粒中，因此植物種子中的磷含量與其他金屬元素含量有密切關(guān)系。
　　以往對于植酸的研究主要是一些體外試驗，而對水稻種子中植酸的研究主要集中在通過改變植酸合成途徑關(guān)鍵基因降低植酸含量，以改善稻米

2、品質(zhì)和中微量元素的生物有效性。如通過干擾肌醇或肌醇磷酸鹽的代謝，而并非通過干擾磷的代謝過程獲得低植酸種子。本實驗室以往的研究表明磷轉(zhuǎn)運蛋白基因OsPT8參與了水稻整個生育期的磷酸鹽吸收與轉(zhuǎn)運，尤其在發(fā)育后期能通過對植物體內(nèi)磷酸鹽轉(zhuǎn)運的調(diào)控影響磷從營養(yǎng)器官向生殖器官的轉(zhuǎn)運，是研究水稻籽粒灌漿、營養(yǎng)、品質(zhì)等生理參數(shù)的重要基因。然而，OsPT8基因?qū)λ痉N子中植酸和中微量元素的影響尚不清楚。本試驗應(yīng)用胚乳特異啟動子（GluB-1）和地上部特異

3、啟動子（RISBZ1）在水稻中選擇性地沉默OsPT8的表達（分別命名為EnSRi和SSRi），并結(jié)合本實驗室已有的OsPT8超表達材料(Oe)，研究改變OsPT8基因的表達對水稻種子中的植酸和中微量元素的影響。具體研究結(jié)果如下:
　　1.對地上部特異沉默材料SSRi、胚乳特異沉默材料EnSRi和OsPT8超表達材料Oe種子中總磷含量變化分析發(fā)現(xiàn)，OsPT8在地上部和胚乳中特異性的沉默降低了單粒種子中總磷的含量，但磷濃度與野生型相比

4、沒有顯著差異。對植酸含量變化的分析發(fā)現(xiàn)，植酸的含量與種子中總磷的含量變化并非呈一致性。在種子灌漿期，過量表達OsPT8使過多的磷積累在種子中，抑制了植酸的合成，其種子中植酸磷濃度與野生型相比降低了6％～13％;而地上部沉默OsPT8抑制了磷從營養(yǎng)器官向生殖器官的再轉(zhuǎn)移，則促進了植酸的合成，其植酸磷含量比野生型提高了8.7％;只在胚乳中沉默OsPT8，對磷向種子中的轉(zhuǎn)運和植酸的合成無顯著影響。
　　2.為了更好的了解改變OsPT8基

5、因的表達對種子中植酸合成產(chǎn)生的影響，我們通過分子水平檢測了材料中的植酸合成途徑中關(guān)鍵基因的變化。對地上部沉默材料SSRi后期種子（揚花后第28天）中OsPT8基因及植酸合成的關(guān)鍵基因定量檢測發(fā)現(xiàn)，OsPT8基因沉默效果顯著，與野生型相比下調(diào)71％～96％。植酸合成關(guān)鍵基因肌醇-1-磷酸合酶基因（R1NO1）、1，3，4-肌醇三磷酸-5/6-激酶基因（OsITP5/6K-4、1，3，4，5，6-肌醇五磷酸-2-激酶基因（OsIPK1）與野

6、生型相比均明顯下調(diào)，其中RINO1與野生型相比下調(diào)22％以上;OsITP5/6K-4比野生型下調(diào)約40％，OsIPK1與野生型相比下調(diào)40％～80％;而胚乳特異沉默材料EnSRi前期種子（揚花后第14天）中OsPT8沉默效果顯著達55％～80％，而前期植酸合成酶基因RINO1、OsITP5/6K-4、OsIPK1與野生型相比均顯著上調(diào)，其中RINO1、OsITP5/6K-4均比野生型上調(diào)3-4倍，OsIPK1上調(diào)2-3倍;胚乳特異沉默材

7、料EnSRi后期種子中OsPT8的表達量與野生型相比并沒有顯著地沉默效果，植酸合成關(guān)鍵基因與野生型相比亦沒有顯著差異。
　　3.為了研究改變OsPT8基因的表達對水稻種子中微量元素的影響，我們對三個不同材料中的鈣、鎂兩種中量元素和鐵、鋅、銅三種微量元素含量進行測定。材料中鐵、鋅含量分析表明水稻種子中鐵含量與鋅含量呈正相關(guān)，這種相關(guān)性不受磷與植酸磷含量的影響;SSRi材料中植酸的合成效率顯著提高后，鐵含量也顯著提高，鐵濃度比野生型高

8、出41％以上;EnSRi材料中植酸的合成效率沒有顯著差異，EnSRi材料中鋅與鐵的含量與磷含量呈負相關(guān)關(guān)系，植酸和總磷的濃度變化顯示與野生型有一定差異，而植酸磷占總磷的比例沒有變化;過量表達OsPT8種子中鐵與鋅含量分析表明，植酸含量降低的時候，鐵與鋅含量與野生型相比沒有顯著降低，維持了動態(tài)平衡;對鎂含量的分析發(fā)現(xiàn)，SSRi與EnSRi水稻種子中植酸含量豐富時，鎂含量與植酸含量成正比，其中SSRi材料中鎂濃度比野生型上升39％以上，En