拟南芥AtLPRF1基因调节磷营养和生长发育的功能研究

扫码查看

原文链接

NETL

中文摘要：磷是植物生长发育必不可少的元素，参与了植物生长活动的大部分过程。缺磷会引起作物营养失调，最终影响其产量和品质。酸性土壤中能被植物吸收利用的有效磷含量却很低，难以满足植物的正常需要。在漫长的进化过程中，植物已经形成一系列适应低磷胁迫的机制，其中，蛋白质水平的泛素化修饰对植物响应低磷胁迫起重要作用。本研究鉴定了一个受低磷诱导的含RING结构域的拟南芥基因AtLPRF1，通过对其进行E3泛素连接酶活性分析、亚细胞定位以及启动子活性分析，并进一步通过创制AtLPRF1超表达和基因编辑突变体Atlprf1，对其功能进行了初步研究。主要结果如下： 1.拟南芥AtLPRF1受低磷诱导。对低磷处理7天后的拟南芥根和叶进行定量PCR分析，发现AtLPRF1在根和叶均明显受低磷上调表达。这证明AtLPRF1在根和叶的转录响应低磷胁迫。 2.AtLPRF1含有典型的C3HC4型RING结构域，通过对AtLPRF1的E3连接酶活性鉴定，发现AtLPRF1具有E3泛素连接酶活性。亚细胞定位分析表明AtLPRF1定位于细胞核。 3.在正常生长情况下，AtLPRF1启动子在根、叶、花和荚果中均有活性，在不同叶龄的叶子中活性程度不同；在花和荚果中，花瓣、花丝和柱头顶端均有启动子活性；而只在较嫩的荚果中有较强的活性，在成熟的荚果基本无活性。与正常磷条件相比，低磷处理后AtLPRF1基因启动子活性在根、叶被诱导表达，尤其在叶部最为明显。 4.在低磷条件下，突变体Atlprf1-1和Atlprf1-2的主根长度明显短于Col-0；而过表达株系ox#2和ox#3的主根长度明显长于Col-0。在侧根数方面，低磷条件下，突变体Atlprf1-1的侧根数量比Col-0显著降低，过表达株系ox#2和ox#3的侧根数量明显多于Col-0。在高磷或低磷条件下，与Col-0相比，Atlprf1-2和ox#3的可溶性磷含量在地上部和根部都没有显著差异。这些结果说明AtLPRF1在低磷条件下影响拟南芥主根和侧根的生长。 5.与Col-0相比，在正常生长条件下，突变体Atlprf1-1和Atlprf1-2明显较晚抽薹，抽薹1cm时其叶片数显著多于Col-0；但外施GA3时，Atlprf1-1和Atlprf1-2的抽薹时间与Col-0均无差异；Atlprf1-1和Atlprf1-2的开花时间显著晚于Col-0。在第35天时，Atlprf1-1和Atlprf1-2的株高明显矮于Col-0；但在第45天时，它们间的株高均无显著差异。Atlprf1-1突变体中的AtCO和AtFT转录水平比Col-0低。这说明AtLPRF1基因突变可能降低体内GA含量，且其突变导致拟南芥晚开花可能与降低AtCO和AtFT的表达有关。 6.通过RNA-seq技术对拟南芥Col-0和Atlprf1-1进行转录组测序，比较分析两者在早期生长发育方面的基因表达谱的差异。结果表明，和野生型比，共有119个基因存在显著性差异，其中上调基因有89个，下调基因有30个。与Col-0相比，Atlprf1-1中有1个硫酸盐转运子基因（SULTR1;2）和1个糖转运子基因（STP1）显著上调表达，有5个XTH家族基因（XTH30、XTH25、XTH33、XTH15和XTH18）和3个BTB结构域蛋白基因（BT1、BT2和BT4）上调表达。通过定量PCR验证了7个候选基因的表达模式，定量PCR的结果与测序结果相一致。

作者：

欧斯艳

展开 >

关键词：

低磷胁迫 AtLPRF1 E3泛素连接酶植物生长磷营养

授予学位：

硕士

学科专业：

生物工程

导师：

王金祥

学位年度：

2021

学位授予单位：

华南农业大学

语种：

中文

中图分类号：

Q94