转AtTGA4小麦田间耐低磷胁迫的功能分析

【目的】将bZIP类转录因子基因AtTGA4转化小麦创制耐低磷转基因小麦新材料,同时分析AtTGA4提高小麦抗逆性的生理机制,为小麦耐低磷胁迫分子育种奠定基础。【方法】采用最小表达框基因枪转化法将AtTGA4和筛选标记基因Bar共转化受体小麦石4056,通过PCR检测筛选出无Bar并能稳定遗传AtTGA4的转基因小麦新株系。基于试验地土壤养分含量状况施用不同水平的磷肥,形成一定程度的正常和低磷营养胁迫,对AtTGA4转基因小麦新株系进行低磷胁迫耐受性试验。在开花期进行了光系统Ⅱ原初光能转化效率(light efficiency of the light systemⅡ,Fv/Fm),叶绿素相对含量(soil and plant analyzer development readings,SPAD值)和气冠温差(canopy temperature depression,CTD)等生理指标的测定,在成熟期进行了株高、分蘖数、穗粒数等农艺性状的调查,并在小麦收获后进行了产量及不同组分(根、茎、叶、籽粒)磷浓度和磷吸收、残留总量的测定和统计。【结果】PCR分析结果证明,AtTGA4已在石4056小麦中稳定遗传至T4代,共获得4个稳定转基因株系。根据土壤养分含量测定结果,在正常条件地块施加812.39 kg·hm-2的过磷酸钙,低磷处理地块不施磷肥。产量及农艺性状统计结果显示,AtTGA4转基因株系L1和L2在正常和低磷胁迫条件下的产量相对于受体对照小麦显著增加,正常条件下产量增幅为5.3%—8.6%,低磷胁迫下产量增幅为4.4%—7.7%。在低磷胁迫条件下,过表达AtTGA4的转基因小麦种子千粒重显著比受体显著增加。开花期田间生理指标测定结果显示,转基因株系L1和L2在低磷条件下的Fv/Fm和CTD明显优于受体,而SPAD值没有明显差异。田间调查时发现,低磷条件下受体比转基因材料提早结束灌浆,表现在穗子提早变黄。成熟末期磷含量测定结果显示,转基因株系L1和L2在低磷条件下茎杆磷浓度比受体显著提高,在其他组织中则无显著差异。2个转基因株系在低磷条件下茎、叶和籽粒吸收、残留的总磷含量都要高于受体,地上部总磷含量增幅达6.38%—17.47%。转基因材料AtTGA4表达量分析结果显示,目标基因在株系L2中的表达量较株系L1中的低,是株系L1的0.69倍。【结论】在低磷胁迫条件下AtTGA4可以显著提高转基因小麦对磷元素的吸收及运输,提高转基因小麦的产量,进而提高转基因小麦对低磷胁迫的耐性。

Functional Analysis of AtTGA4 Transgenic Wheat Tolerance to Low Phosphorus Stress in Field