水稻转录因子基因OsPHR3在磷素利用过程中的作用

磷是植物体生长发育所必需的大量营养元素之一,广泛参与植物体多种生命活动。土壤中磷的有效性很低,是农业生产中限制作物产量的重要因素。OsPHR3(LOC_Os02g04640)属于MYB-CC家族,与水稻中磷信号途径中心调控因子OsPHR2是同源基因,且具有部分功能重叠。本研究利用转基因技术获得OsPHR3基因的突变体和超表达材料,通过水培实验、~(32)Pi同位素实验以及桶培实验来研究该基因在吸收利用磷素过程中的作用。水培实验表明,与野生型相比,突变体磷含量无明显差异,基因超表达能够提高水稻体内磷含量。~(32)Pi同位素实验显示,与野生型相比,缺磷时突变体吸收速率降低,而该基因超表达能够促进磷素的吸收与转运。桶培实验表明,该基因超表达能够增加水稻有效分蘖数,提高种子中磷含量,该基因缺失使得穗长变短。OsPHR3基因可能调控促进磷的吸收与向地上部转运。该研究将为以后分子育种提供依据。     

水稻中的磷转运蛋白基因在异源表达系统中的功能分析

为了更好地研究植物在磷素吸收过程中的分子机制以及生物化学过程的变化,将水稻中分离得到的一个磷转运蛋白基因（OsPT6）用于互补实验。互补实验结果表明,OsPT6能够与缺失磷转运功能的酵母突变体实现互补,并在低磷条件下促进酵母突变体对磷的吸收。进一步分析表明OsPT6属于水稻Pht1家族运输蛋白基因,所编码的蛋白对磷酸盐（Pi）的吸收Km值为96 μmol/L,属于高亲和的磷转运蛋白。不同的酵母转化子对不同pH环境的响应实验显示,OsPT6是一个与质子相偶联的磷运输蛋白,其吸收磷素的最佳pH为6.0。对OsPT6在人的胚胎肾细胞（HEK293）中的表达分析表明,该基因能够编码蛋白并定位于细胞膜,证明OsPT6的功能与酵母磷转运子PHO84相似,是一个定位于细胞膜上的具有吸收转运磷素作用的运输蛋白。     

水稻低丰度表达基因OsAMT1;3实时荧光定量PCR方法的建立及其应用

采用实时荧光定量PCR技术,通过使用特异引物,对水稻中的低丰度表达基因OsAMT1;3进行了转录水平上的定量分析,成功建立了可检测低丰度表达基因的SYBR Green实时荧光定量PCR技术平台。该方法具有很好的准确性和实用性。获得的荧光定量PCR扩增曲线,基线平整,指数区明显,斜率大且固定;线性范围广,17～36个循环都能测出;稳定性、重复性好,变异系数仅为0.47%;标准曲线表明,循环阈值与PCR体系中起始模板量的对数值之间有着良好的线性关系,可对基因表达进行相对定量;缺氮条件下OsAMT1;3 与纯NH4+处理相比表达量增加4倍以上。     

小白菜硝酸还原酶基因的克隆与初步鉴定

蔬菜是一种易于富集硝酸盐的植物性食物，人体摄入的硝酸盐大部分（70％～80％）来自蔬菜。然而，我国蔬菜生产中氮肥用量迅速提高，造成了蔬菜，特别是喜氮的叶菜类蔬菜硝酸盐含量过高。不同蔬菜硝酸盐含量存在很大差异，同一种蔬菜不同品种体内硝酸盐含量也存在差异。不同器官累积硝酸盐的能力不同，硝酸盐累积取决于硝态氮的吸收与同化的结果。     

水稻转录因子基因OsSHR2的表达特征及其在营养生长中的调控作用

【目的】水稻OsSHR2(LOC_Os03g31880)基因为拟南芥AtSHR的同源基因,与OsSHR1、OsSCR1和OsSCR2 同属于水稻GRAS转录因子家族。已有研究报道,转录因子基因SHR和SCR共同调控植物根系、叶片的发育,并参与各项生命活动。本研究旨在阐明OsSHR2在水稻中的时空表达特征及其在营养生长中的调控作用。【方法】通过生物信息学分析、表达模式分析、萌发动力学分析和水培实验验证该基因的功能。【结果】生物信息学分析发现OsSHR2、OsSHR1、OsSCR1和OsSCR2与拟南芥和其他物种的SHR亚家族和SCR亚家族成员具有很高的序列一致性;表达模式和pOsSHR2::GUS材料染色分析发现,OsSHR2在整个生长发育过程中的根系、叶片、维管组织和生殖器官中表达强烈,并集中在根尖的中柱、侧根原基和叶片及茎维管组织的中心表达,在野生型的地上部和根系中,OsSHR2受缺磷影响下调表达;对获得的OsSHR2的CRISPR-Cas9突变体osshr2进行种子萌发实验和水培实验,发现与野生型相比,osshr2的萌发时间延后,萌发率降低,在正常供磷和缺磷处理下,osshr2的地上部和根系长度显著小于野生型。【结论】OsSHR2在地上部和根系的发育、维管组织形成以及营养与生殖生长中具有重要作用,这为今后OsSHR2在分子育种等领域的应用奠定理论基础。     

缺磷响应基因OsSQD2.1对水稻生长发育的影响

【目的】旨在研究水稻缺磷响应基因OsSQD2.1对水稻生长发育的影响,从而解析其作用。【方法】通过生物信息学的方法,确定OsSQD2.1基因及蛋白结构并分析OsSQD2.1启动子上的顺式作用元件;通过荧光定量PCR检测,研究不同缺素条件下OsSQD2.1的表达;测定T-DNA插入突变体和沉默干涉材料不同时期表型、磷含量和净光合速率,研究OsSQD2.1对转基因植株生长发育及光合作用的影响。【结果】OsSQD2.1基因编码区全长为3548 bp,位于第1染色体上,具有11个外显子和10个内含子,OsSQD2.1属于糖基转移酶家族;OsSQD2.1启动子上含有多个缺磷响应顺式作用元件;OsSQD2.1受缺磷诱导,缺硫抑制。营养生长期突变体或沉默材料地上部长度和主根长均显著低于野生型。生殖生长期,突变体或沉默材料株高和千粒重显著低于野生型,结实率无显著差异。OsSQD2.1的突变与沉默增加正常供磷时叶片中的总磷,在缺磷条件时野生型相比无明显差异;此外,苗期和成熟期突变体的净光合速率显著低于野生型,初步推测OsSQD2.1影响水稻净光合速率。【结论】OsSQD2.1受缺磷响应,并影响水稻生长发育。     

磷转运蛋白OsPT6在水稻武育粳7号苗期磷素吸收利用中的作用

磷转运蛋白OsPT6为水稻Pht1家族成员之一,具有吸收和转运磷酸盐双重功能。以水稻高产品种武育粳7号的OsPT6超表达转基因材料为试材,研究磷转运蛋白OsPT6在武育粳7号磷素吸收利用中的作用。结果表明:1)OsPT6在武育粳7号的地下部表达丰度较高,同时在地下部和地上部该基因均受缺磷诱导表达量显著增加。2)OsPT6超表达后,转基因植株生长良好。正常供磷和低磷处理35d后,OsPT6超表达植株地上部和地下部干物质量都显著增加。3)OsPT6超表达转基因材料在不同浓度磷素处理后,各组织全磷含量有所增加,其中营养器官尤为显著。     

缺磷条件下蔗糖对水稻磷素吸收利用起重要作用

 研究了水稻缺磷条件下蔗糖对其生长、磷素吸收利用的影响。结果表明,外加蔗糖可以提高水稻缺磷条件下的生物量,可以促进水稻缺磷条件下的磷素吸收;利用磷转运蛋白基因OsPT2启动子+ GUS报告基因转基因水稻材料,进一步探讨了蔗糖在水稻缺磷条件下促进磷素吸收利用的分子机理。结果表明,水稻磷转运蛋白OsPT2参与了蔗糖促进缺磷水稻的磷素吸收与转运。     

水稻SUMO化E3连接酶SIZ1调控缺磷条件下根的发育和根构型形成

植物应对磷胁迫的方法之一是改变根系的构型。以水稻SUMO化E3连接酶SIZ1突变体ossiz1为供试材料,研究了OsSIZ1在水稻根发育中的作用以及其与磷胁迫、生长素之间的关系。与野生型相比,OsSIZ1抑制ossiz1种子根和不定根的伸长,促进侧根密度的增加和根毛的增多。缺磷时,突变体ossiz1的反应更强烈,即不定根伸长、侧根密度增大和根毛增多的趋势更加明显。说明OsSIZ1参与调控水稻根构型的改变,低磷时效果更明显。ossiz1地上部和地下部的总磷浓度显著高于野生型,说明OsSIZ1在水稻中负调控磷素的吸收利用。定量RT-PCR结果显示,ossiz1中OsYUCCA1和OsPIN1a/1b的相对表达量显著高于野生型,说明OsSIZ1负调控根中生长素的合成与极性运输,并且缺磷时负调控作用减弱。结果表明,SUMO化E3连接酶OsSIZ1调控缺磷条件下根构型的形成,而且这一过程可能是通过调控生长素分布完成的。     

氮高效水稻品种苗期耐低磷种质的筛选与鉴定

以先前通过田间试验筛选出来的36个氮高效水稻品种为供试材料,在苗期进行了耐低磷筛选,并对获得的3个耐低磷和2个低磷敏感品种响应磷素胁迫的生理机制进行了初步研究。结果表明:1)正常供磷和低磷条件下,所有调查性状的相对值(低磷/正常供磷)中,相对根系干质量、相对地上部干质量、相对根冠比和相对分蘖数均具有较大的品种间变异(变异系数分别为16.9%、10.9%、11.4%、16.3%)。相关分析表明,它们呈显著或极显著正相关。因此,这4个性状可以作为水稻苗期耐低磷筛选的评价指标。2)在低磷条件下,筛选出的3个耐低磷品种比2个低磷敏感品种的根系生长旺盛且活力强,P吸收动力学参数中Km、Cmin小,而Vmax大,酸性磷酸酶(APase)活性升幅大,磷效率在两者之间也存在显著差异。同时,不同耐低磷品种适应低磷胁迫的调节机制也有所不同。表明筛选氮磷双高效的水稻品种是可行的,同时也为后续基因定位和遗传机制的研究提供了材料和生理学依据。