PDRAD1參與調(diào)節(jié)H+-ATPase活性與有機酸分泌介導低磷誘導的根際酸化反應.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、磷是植物正常生長所必需的大量元素,土壤中的總磷儲量雖然豐富,但多以難溶性磷或有機磷等形式存在,不可以直接被植物體吸收利用,所以植物經(jīng)常會面臨低磷的脅迫。在低磷條件下,植物可以通過根際酸化作用促進土壤中難溶性磷的溶解,提高植物根際周圍有效磷的濃度,以此增加植物對土壤中磷的吸收和利用。但植物如何感知低磷信號進而調(diào)控根際酸化的分子機制至今還不清楚。
  課題在前期工作中,利用pH指示劑溴甲酚紫進行原位顯色,依此篩選得到一株根際酸化缺失突

2、變體pdrad1-1。在低磷條件下,該突變體的根際酸化能力弱于WT,花青素含量及側根密度低于WT,表現(xiàn)出對低磷脅迫不敏感的特性。此外,該突變體葉中磷含量高于WT,且地上部分與地下部分磷含量的比值高于WT,表明其從地下部分到地上部分的磷轉(zhuǎn)運能力強于 WT。圖位克隆結果表明,PDRAD1定位于5號染色體上端。突變體基因在編碼區(qū)缺失25bp的堿基,移碼突變致使蛋白質(zhì)翻譯提前終止。從Salk實驗室獲得的等位T-DNA插入突變體 pdrad1-2

3、,其在低磷脅迫下表型特征與該突變體表現(xiàn)基本一致。
  本實驗利用突變體pdrad1-1,pdrad1-2以及轉(zhuǎn)基因回補株系和超表達株系,進一步研究了PDRAD1基因在低磷誘導的根際酸化及磷營養(yǎng)利用方面的作用。利用pH原位顯色法測定植株的根際酸化的實驗結果顯示,在低磷脅迫下,突變體pdrad1-1,pdrad1-2的根際酸化能力一致,均弱于WT;PDRAD1轉(zhuǎn)基因回補株系的根際酸化能力與WT一致;而超表達株系的根際酸化能力明顯強于W

4、T。另外,轉(zhuǎn)基因回補株系在低磷脅迫下表現(xiàn)出與WT一致的花青素積累及側根密度增加的典型低磷脅迫特征;且從地下部分到地上部分的磷轉(zhuǎn)運能力基本與WT一致,均弱于突變體。以上結果表明,PDRAD1參與調(diào)節(jié)低磷誘導的根際酸化反應和無機磷在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運。
  GUS轉(zhuǎn)基因植株染色結果顯示,該基因在葉片和根中都有表達,且在低磷處理后染色加深;對 GUS酶活測定,發(fā)現(xiàn)其在低磷脅迫下活性升高。以上結果說明,低磷誘導PDRAD1表達。在培養(yǎng)基中加入

5、細胞質(zhì)膜H+-ATPase特異性抑制劑Na3VO4后,正常和低磷培養(yǎng)基上的根際酸化反應均受到了明顯抑制;測定突變體pdrad1-1以及部分超表達株系根部細胞質(zhì)膜上 H+-ATPase活性,發(fā)現(xiàn)在低磷脅迫下,突變體 pdrad1-1質(zhì)膜上的H+-ATPase活性顯著低于WT,而超表達株系質(zhì)膜上的H+-ATPase活性高于WT;此外本實驗還利用液相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用法,測定了植株根系分泌物中的有機酸含量,結果發(fā)現(xiàn)在低磷脅迫下,突變體根系分泌物中

6、有機酸含量普遍低于WT,且以琥珀酸含量的差異最為明顯。綜上表明,突變基因可能通過調(diào)節(jié)質(zhì)膜上H+-ATPase的活性和根際有機酸的分泌來影響突變體的根際酸化能力。另外,對突變體及超表達株系的側根及根毛密度觀測分析,結果發(fā)現(xiàn),突變體pdrad1-1的側根及根毛密度均小于野生型WT,而超表達植株的根毛密度大于野生型WT,由以上結果推測,PDRAD1影響了植株側根與根毛的形成和發(fā)育。
  本實驗還對不同濃度氮源處理下的突變體進行了生理生化

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