植物磷转运子PHT1家族研究进展

【目的】磷是植物生长发育所必需的大量营养元素。植物PHT1磷转运蛋白家族在植物磷吸收、运转及再利用等过程中发挥了重要作用。迄今已在多种高等植物中相继分离出大量PHT1家族基因。本文综述了国内外关于植物PHT1家族的主要研究进展,详细阐述了植物PHT1家族的表达模式、功能及可能的调控途径。【主要进展】植物PHT1家族属于MFS(major facilitator superfamily)超家族,不同物种PHT1家族蛋白的结构非常保守,通常具有12个亲脂跨膜结构域,形成"6螺旋–亲水大环–6螺旋"式的结构镶嵌于质膜当中。同时,该家族具有H_2PO_4~–/nH^+共运子、糖转运子和MFS通用转运子等特征结构域和一段保守的氨基酸特征序列GGDYPLSATIMSE。一般情况,植物PHT1家族基因吸收转运1个无机磷需要2~4个质子协同进入质膜,并伴随膜电位的变化。植物PHT1家族的磷转运特性差异较大,其动力学参数Km值差别较大。高等植物PHT1家族成员众多。在拟南芥、水稻、大豆、茄科植物及其他物种中的研究发现,PHT1家族各成员间的时空表达模式存在差异,多数成员受低磷信号调控且主要在根部表达,少部分成员在除根以外的其他器官中表达,并行使相应的磷转运功能。已有研究表明,植物PHT1家族基因的转录水平受到多因素的调控,例如外界环境中的无机磷浓度,转录因子如MYB家族、WRKY家族以及ZAT6等基因能与PHT1家族基因启动子区的特殊调控元件如MYCS元件、P1BS元件及W-box元件等结合,调控基因的转录。此外,部分PHT1家族基因的转录水平受丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)的调控。除了转录水平的调控,关于植物PHT1家族转录后水平的调控途径同样取得了较大进展。PHF1基因、含SPX结构域的蛋白家族、MicroRNA、蛋白磷酸化与去磷酸化、染色质修饰及其他等一系列调控途径均参与到PHT1家族基因的转录后调控及信号转导。植物激素如生长素、乙烯和细胞分裂素等也参与这一调控过程。【建议与展望】植物对磷吸收利用的分子调控机理及信号转导途径十分复杂,因此,培育磷高效利用基因型作物任重而道远。关于植物PHT1家族基因的研究已从模式植物向作物及其他高等植物中扩展,然而对该家族蛋白的生化及结构生物学等研究还待进一步深入。同时,对于一些基因组较复杂的多倍体物种如甘蓝型油菜、小麦、大麦及棉花等,仍有待开展进一步研究。

水稻磷酸盐转运蛋白Pht1家族研究进展

磷是高等植物生长发育所必需的大量元素之一,现有的研究表明植物磷酸盐转运蛋白介导了植物体内磷的吸收及转运。在低磷胁迫下,植物主要利用高亲和力磷吸收系统通过表皮细胞质膜从根围吸收磷元素。目前绝大部分克隆出来的磷酸盐转运蛋白基因都属于高亲和力的Pht1家族。概述了近年来水稻磷酸盐转运蛋白Pht1家族基因的表达调控机理和生物学特征,并对进一步研究做了展望。

水稻磷转运蛋白基因OsPht1;6启动子表达载体转化系统的建立

通过PCR从粳稻(Oryza sativa L.cv.ssp.Japonica)的总DNA中扩增出一个磷转运蛋白基因(Phosphates transporter1;6;OsPht1;6,accession no AF536966)的启动子序列.以此为基础与二元表达载体PS1aG-3构建含Pht1;6启动子的植物表达载体,并通过根癌农杆菌介导转化了水稻武运粳7号品种.同时,对其愈伤组织高效再生体系和影响报告基因GUS瞬时表达的各种因素也做了比较研究.结果表明:①诱导水稻武运粳7号品种愈伤形成,3 mg/L 2,4-D的生长素浓度最适宜;②GUS基因高瞬时表达频率的条件为:工程菌液的浓度OD600值为0.7-0.8,浸染时间30 min,共培养时间3 d.利用这些再生转化条件,以EHA105为菌株转化浸染愈伤组织,获得了较高频率的Pht1;6启动子驱动的GUS基因瞬时表达.这些方法都有效地提高了抗性愈伤组织的形成率,该实验获得了转基因植株,经PCR检测,证实已将目的基因整合到水稻的基因组中.

水稻磷转运蛋白OsPHT2;1在提高磷素利用率方面的作用

植物对磷的吸收与体内再分配需要多种磷酸盐转运系统共同作用。应用公开的植物基因组数据库和生物信息学分析确定了一个水稻低亲和磷酸盐转运蛋白基因OsPHT2；1。经半定量RT—PCR技术分析发现，OsPHT2；1在叶片强烈表达，在根系中微弱表达。OsPHT2；1在叶片中的表达量受光照调控并受低磷诱导。利用农杆菌介导Ubiquitin启动子过量表达OsPHT2；1，研究该基因在水稻中的生理功能。结果表明，水培试验中，正常供磷条件下OsPHT2；1-Oe植株叶部可溶性磷含量较野生型提高40．9％～48．5％，根部可溶性磷含量提高35．6％～51．2％，生物量提高25．1％～30．3％。缺磷条件下OsPHT2；1Oe植株叶部可溶性磷含量较野生型提高53．1％～70．3％，根部可溶性磷含量没有显著改变，生物量提高25．6％～28．5％。大田试验中，OsPH7＂2；1-Oe植株的上3叶和穗柄的全磷含量较野生型显著提高。表明0sPHT2；1可能参与磷素在叶部的积累以及植株体内磷的再分配过程。