NtSPX4基因敲除对烟草苗期磷吸收和生长发育的影响研究

【目的】为探究NtSPX4基因在烟草磷吸收转运中的作用。【方法】同源克隆了烟草(Nicotiana tabacum L.)K326中NtSPX4基因,通过CRISPR/Cas9技术获得了NtSPX4-1和NtSPX4-2均发生纯合突变的K326株系S_(42),在不同磷浓度的Hoagland溶液培养条件下,对S_(42)株系的生长发育、物质积累、磷吸收相关基因表达及有效磷含量变化进行研究。【结果】烟草基因组中存在两个NtSPX4同源基因,分别命名为NtSPX4-1和NtSPX4-2。其中NtSPX4-1 CDS全长为924 bp,编码氨基酸序列与祖先种林烟草NsylSPX4相同;NtSPX4-2 CDS全长为933 bp,编码氨基酸序列与祖先种绒毛烟草NtomSPX4相同。S_(42)株系中NtSPX4-1和NtSPX4-2均在第52 bp处插入一个碱基T,导致NtSPX4蛋白翻译提前终止。在标准Hoagland溶液培养条件下,S_(42)株系的生长发育与对照无明显差异;在高磷条件下,S_(42)株系生长发育受到抑制,生物量较对照降低了约45%;在低磷条件下,S_(42)株系生长势优于对照,生物量较对照提高了约39%。RT-PCR分析表明,在正常磷条件下,S_(42)株系中磷转运蛋白基因NtPT1和NtPT2的表达水平与对照基本一致,在高磷和低磷条件下,S_(42)株系中NtPT1和NtPT2基因表达水平均显著高于对照K326。有效磷检测分析表明,不同磷浓度条件下,S_(42)株系中有效磷含量均极显著高于对照K326。【结论】NtSPX4基因敲除在低磷条件下可以促进烟株的生长发育,在高磷条件下对烟株生长发育有一定的抑制作用,NtSPX4在烟草磷吸收转运中具有负向调控作用。