植物根系分泌蛋白研究进展

植物约有20%的合成物在生长过程中是以根分泌物的形式通过根系向生长基质中进行释放。除有机酸、可溶性糖等低分子量的可溶性有机物外,还有大量的蛋白质、酶类等根系分泌蛋白。植物分泌蛋白质组学(Secretomics)尤其是植物根系分泌蛋白质组学近年来受到广泛的关注。笔者就近年来植物根系分泌蛋白的分泌机制、研究技术进行了综述。     

水稻根系中磷高效吸收和利用相关基因表达对低磷胁迫的应答

研究水稻耐低磷机制,对高效利用土壤磷的水稻品种改良具有重要意义。应用基因芯片和qRT-PCR技术,分析了耐低磷水稻品种仪2434和低磷敏感品种通粳981根系中磷高效吸收和利用相关基因表达对低磷胁迫的应答。水稻叶片磷含量的测定结果表明,低磷胁迫下仪2434的叶片磷含量较对照降幅小,这表明仪2434较通粳981具有更强的磷素吸收利用能力。基因芯片检测结果表明,在低磷胁迫下的仪2434根系中,PHR1、osa-miR399s和SPXs基因的表达诱导、激活磷饥饿信号途径;APA、PAPs、MPE、PA、PEPC和VDAC1、C4-DT/MAT等基因的表达诱导,增强有机磷水解酶和有机酸的合成和分泌,促进介质中难溶性磷的活化;OsPT2、OsPT6基因的表达诱导,促进仪2434根系对磷的高效吸收。qRTPCR检测结果表明,仪2434根系中与磷饥饿信号转导、磷活化、磷高效吸收相关的8个代表性基因(PHR1、SPX、PAP、APA、PEPC、MFS、OsPT2、OsPT6)的表达水平均随低磷处理时间的延长呈逐步增高的趋势;经低磷处理后,所检测的8个基因在仪2434根系中的转录水平均显著高于其在通粳981根系中的转录水平,PHR1、APA、OsPT2在通粳981根系中的表达诱导作用不明显,且仪2434根系组织和根系分泌的酸性磷酸酶活性较通粳981增强更显著,这可能是仪2434较通粳981对低磷胁迫有较高耐性的主要机制之一。     

水稻耐低磷根系形态重塑基因挖掘及功能分析

应用根系扫描、磷含量测定、基因芯片和qRT-PCR检测等方法,分析镇稻99耐低磷根系形态重塑对低磷胁迫的应答,挖掘水稻耐低磷根系形态重塑相关基因。结果表明：与仪2434相比,镇稻99在低磷胁迫下能保持相对较高的磷含量,且与耐低磷根系形态重塑相关的表达受低磷处理诱导的基因数量和受诱导程度明显高于仪2434。SCARECROW基因表达的诱导能促进镇稻99主根伸长;TTG1、PHR、MYB和bHLH转录因子基因表达的诱导可促进镇稻99根毛的发生和生长;多个WRKY转录因子基因表达的诱导可促进镇稻99侧根的发生、发育。赤霉素、生长素、乙烯合成和应答蛋白基因表达的诱导对镇稻99耐低磷根系形态重塑也有重要的调节作用。膨胀素基因表达的诱导在镇稻99根细胞重塑和扩展中发挥关键作用;漆酶、过氧化物酶、纤维合成酶、具果胶水解功能的多聚半乳糖醛酸酶和具纤维素水解功能的内切葡聚糖酶基因表达的诱导可促进镇稻99耐低磷根系形态重塑过程中细胞壁物质的合成和代谢。此外,根冠蛋白基因的表达诱导也是镇稻99耐低磷根系形态重塑所必需的。