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《安徽农业大学》 2017年
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丛枝菌根真菌诱导ZmPHT1;9促进玉米对磷吸收的分子机制研究

刘芳  
【摘要】:磷是植物生长和代谢中不可缺少的主要矿质元素,它是磷脂、核酸、ATP等生物分子的重要组成部分。土壤中可利用的无机磷含量极低,为了应对低磷环境,植物进化了一些策略,植物与丛枝菌根真菌之间形成的共生关系是其策略之一。AM真菌在促进植物吸收营养元素方面施展着重要作用,其相关的研究受到越来越多的关注。玉米(Zea mays L.)是重要的粮食作物,低磷胁迫严重影响其产量。目前的研究现状表明,AM真菌能有效促进玉米对磷的吸收,但对相关调控机制的深入研究较缺乏。已有研究发现,植物中的PHT1(Phosphate transporter 1)家族在磷酸盐的共生吸收和转运中起重要作用。因此,从玉米中找到能够提高磷的摄取效率(PAE)和磷的利用效率(PUE)的磷转运蛋白,研究玉米PHT1基因在低磷和菌根共生信号转导途径的分子调控机制,对发展高效利用磷的作物分子育种技术以及对现代农业的可持续发展有重要意义。本研究通过生物信息学方法对玉米B73基因组的PHT1基因进行了鉴定。通过植物的过表达和突变体酵母的回补实验研究了 ZmPHT1;9在磷吸收和转运中的功能。进一步通过酵母单杂交、酵母双杂交和双分子荧光互补对AM真菌调控ZmPHT1基因的分子机制进行了研究。研究的主要结果如下:1.对共生玉米表型以及磷含量进行分析,结果表明:低磷胁迫下,接种AM真菌可显著促进玉米根系的生长,提高根和叶片中磷的含量。2.全基因组水平上共鉴定出13个PHT1磷转运基因,其中有8个为新成员,重新命名为ZmPHT1;1-ZmPHT1;13。在低磷生胁迫下,ZmPHT1;2、ZmPHT1;4、ZmPHT1;6、ZmPHT1;7、ZmPHT1;9 和 ZmPHT1;11 在根中受 AM 真菌诱导表达。组织表达模式分析发现,在正常条件下仅ZmPHT1;1、ZmPHT1;9和ZmPHT1;13在根中表达。在酵母突变体回补实验中,发现13个ZmPHT1基因可以不同程度的回补突变体的表型,说明玉米13个ZmPHT1基因参与磷的吸收和转运。3.亚细胞定位显示ZmPHT1;9定位于植物的细胞膜上。利用酵母突变体及过表达转基因水稻等材料对候选基因ZmPHT1进行功能研究表明,ZmPHT1;9能有效的回补酵母突变体磷转运的功能,提高对磷的吸收,促进酵母的生长;在低磷条件下,ZmPHT1;9过表达水稻较野生型更具有生长优势;ZmPHT1;9过表达水稻对磷的吸收量高于野生型,即ZmPHT1;9促进磷的吸收;此外,在转基因植株中低磷响应相关的基因较野生型呈下降趋势。结合以上研究,ZmPHT1;9具有促进磷吸收的功能,影响植物生长。4.通过构建AM真菌与pZmPHT1;9-GFP和pZmPHT1;9::ZmPHT1;9-GFP的百脉根毛状根共生体系、利用荧光共聚焦技术进一步确定ZmPHT1;9受AM真菌诱导调控。研究表明:ZmPHT1;9受AM真菌诱导表达,且定位于丛枝周围膜上,推测ZmPHT1;9在丛枝周围膜上起作用。5.通过酵母单杂交、生物信息学分析、酵母双杂交以及双分子荧光互补等实验技术,对候选转录因子进行研究,分析了 AM真菌诱导ZmPHT1;9促进玉米磷吸收的分子机制。通过分析推测,在低磷胁迫下,AM真菌调控玉米ZmD9、ZmHAM2、ZmSHR1和ZmHAM1四个蛋白形成蛋白复合体与ZmPHR-like结合,启动ZmPHT1;9的表达,从而促进玉米对磷的吸收。
【学位授予单位】:安徽农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S513

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1 刘芳;丛枝菌根真菌诱导ZmPHT1;9促进玉米对磷吸收的分子机制研究[D];安徽农业大学;2017年
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