锥低磷胁迫响应基因的功能及代谢通路分析

磷是限制南亚热带常绿阔叶林植物生长的关键营养元素,研究森林群落中优势木本植物对低磷胁迫响应的内在分子机制具有重要意义。该文以鼎湖山20 hm 2固定监测样地常绿阔叶林中优势种锥(Castanopsis chinensis)为研究对象,利用高通量测序技术结合生物信息学软件对锥基因组序列进行深入分析。结果表明:(1)完成了锥基因组参考序列的草图拼接,结合大样地土壤有效磷数据,共筛选出37个显著性磷响应基因,并对筛选出的锥磷响应基因进行GO功能注释分析,发现29个GO注释分类中属分子功能类的基因数最多,共有13条,所涉及的预测功能包括磷脂酶D活性、细胞色素c氧化酶活性、光电子传递、过氧化物酶活性等。(2)对锥磷响应基因进行KEGG富集分析,发现显著性富集的1条代谢通路为psbD基因参与调控的植物光合代谢途径。在锥生长期中,有众多基因与磷代谢相关,并参与调控多种生物途径。其中,psbD基因作为锥叶片主要的磷响应基因可通过调控光合作用来调节植物生长,但其功能有待今后进一步验证。

植物耐低磷胁迫的遗传调控机理研究进展

土壤中总磷的含量很高,但其中能被植物吸收利用的有效磷浓度往往很低,因此,缺磷已经成为农业生产中重要的限制因子之一。由于磷在植物生长发育过程中的重要作用,植物在进化的过程中形成了一系列的适应机制以应对低磷胁迫。随着分子生物技术在植物营养研究中的广泛应用,研究人员相继克隆了大量参与植物体内磷动态平衡调控的基因,其中包括磷转运子、转录因子、非编码的小RNA及其它低磷胁迫诱导基因等。这些基因相互作用共同形成了复杂的植物耐低磷胁迫遗传调控网络。另外,利用数量遗传学的研究思路,大量与植物磷效率相关的数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)也被定位出来。这些研究结果对于理解植物耐低磷胁迫的遗传调控机制具有重要作用。本文就以上研究的国内外最新进展进行综述。

水稻LRR-RLK基因LP7的克隆及表达分析

LRR-RLK是类受体蛋白激酶RLK家族中最大的亚家族,在调控植物非生物胁迫等方面具有重要作用。为解析水稻LRR-RLK成员LP7(LOC_Os05g24010)在耐低磷胁迫中的作用,从水稻品种日本晴中克隆了LP7全长序列,分析其编码蛋白的氨基酸序列,研究其组织表达模式、亚细胞定位及低磷胁迫下的表达变化。结果表明,LP7基因全长2 832 bp,编码943个氨基酸,LP7蛋白具有典型的LRR-RLK成员特征,LP7蛋白与玉米中的同源蛋白NP_001131018同源性比较高,同源性高达77%。组织表达模式分析表明,LP7基因在根、茎、叶等组织中均表达,在叶中表达量最高。亚细胞定位结果表明,LP7蛋白定位于细胞膜上。实时荧光定量PCR分析表明,LP7基因受低磷胁迫诱导表达,其表达量较正常培养条件下增加15倍。初步推测该基因可能在水稻响应低磷胁迫中具有重要作用。

不同柱花草种质耐低磷综合评价及低磷响应基因挖掘

磷是植物生长发育所必需的大量营养元素之一,参与光合作用、呼吸作用和能量代谢等重要过程.柱花草是重要的热带豆科牧草,其对热带酸性土壤低磷胁迫的适应性表现出基因型差异.本研究对30份柱花草种质进行了耐低磷综合评价分析并挖掘了根系低磷响应基因.结果表明,低磷处理显著抑制了柱花草地上部的生长,然而,低磷促进了根系的生长,且不同柱花草种质耐低磷能力存在显著差异.综合评价分析表明,不同柱花草种质可分为耐低磷种质(3份)、不耐低磷种质(14份)和中间型种质(13份)三大类型.其中,耐低磷柱花草种质“TF0277”可以通过增加总根长、根表面积、根体积以适应低磷胁迫.本研究进一步通过转录组分析挖掘到柱花草“TF0277”根系低磷响应差异表达基因1496个,包括791低磷上调表达和705个低磷下调表达基因.参与磷活化利用、磷吸收和转运以及磷信号调控等相关基因可能在柱花草“TF0277”适应低磷胁迫中发挥重要作用.因此,挖掘耐低磷柱花草种质和低磷响应基因可为培育磷高效柱花草新品种提供种质材料和基因资源.

既主内政,又辖外交——以PHR为中心的基因网络调控植物-菌根真菌的共生

磷是植物生长发育必需的大量矿质营养元素,但自然界大部分土壤都存在严重缺磷的问题。为了适应这一营养逆境,植物演化出一系列低磷胁迫应答反应。通过改变基因的转录水平调控低磷胁迫应答反应,而转录因子PHR1在调控植物对低磷胁迫的转录响应中起关键作用。此外,大部分陆生植物还能与丛枝菌根真菌建立共生关系,通过丛枝菌根真菌更有效地从土壤中获取磷元素。最近,中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究组发现,以PHR为中心的转录调控网络控制植物-丛枝菌根真菌共生的建立。因此,PHR不但在维持植物细胞自身的磷稳态中发挥作用,而且参与植物与外界微生物的相互作用,为植物有效地从环境中获得磷元素提供了另外一条途径。