小麦新型磷转运蛋白基因的分子特征和功能解析

批准号：

30971773

项目类别：

面上项目

资助金额：

30.0 万元

负责人：

肖凯

依托单位：

河北农业大学

学科分类：

作物基因组及遗传学

结题年份：

2012

批准年份：

2009

项目状态：

已结题

项目参与者：

路文静、李小娟、郭程瑾、郭丽、许振龙、张立军、崔喜荣

关键词：

aestivum 小麦（Triticum 新型磷转运蛋白基因 L.）遗传转化功能解析基因结构及表达

项目摘要

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项目成果

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中文摘要

提高小麦等作物对土壤磷和肥料磷的吸收和利用效率，对于促进磷素资源可持续利用和推动农业可持续发展具有重要意义。磷转运蛋白是介导植株对土壤有效态磷（Pi）吸收及Pi在细胞间转运的主体，但迄今有关小麦磷转运蛋白基因克隆、表达和功能鉴定的研究尚缺乏系统报道。本课题以前期已克隆的、在决定磷胁迫下植株磷效率具有重要作用的4个新型小麦磷转运蛋白基因（TaPT1-1~TaPT4-1）为基础，系统揭示上述基因的结构、表达和转录调控特征；采用酵母表达和突变体功能互补技术，明确供试基因编码蛋白的生化特性、磷吸收和转运功能；利用上述基因上下调表达转基因植株，阐明各基因在调控植株磷素吸收和利用中的能力；进一步以磷效率不同的特定近等基因系和F1材料，全面解析供试基因在调控小麦磷效率中的作用。本项研究将系统阐明小麦新型磷转运蛋白基因的分子特征和功能，为进一步揭示小麦磷效率的分子调控机制和指导小麦磷高效遗传改良提供依据。

英文摘要

本项目以小麦新型磷转运蛋白基因（TaPT1-1~TaPT4-1，依据国际规范命名法则分别命名为TaPHT2;1、TaPht1;4、TaPT2-1和TaPT4）以基础，系统阐明了上述基因分子特征、应答低磷逆境特性和转录调控机制、生化特性及遗传转化对植株吸收利用磷素的影响。主要结果如下。. 1. TaPHT2;1、TaPht1;4、TaPT2-1和TaPT4均具有植物种属磷转运蛋白（PT）的类似基因结构和蛋白质特征，编码蛋白含有12个保守跨膜域，定位于细胞质膜（TaPht1;4、TaPT2-1和TaPT4）和叶绿体被摸（TaPHT2;1）。.　　供试4个小麦PT基因的表达特征存在差异，依据对外源供磷水平的应答特点分为2个类别。第一类别包括TaPht1;4、TaPT2-1和TaPT4，上述基因表现为对低磷呈明显应答、且主要在根系中特异或优势表达。第二类别包括TaPHT2;1，该基因呈叶片优势表达，受到高磷诱导。.　　3. 利用缺失磷素吸收功能的酵母突变体PM192，阐明了供试基因介导生物体吸收磷素的功能和生化特征。发现各基因编码蛋白介导酵母吸收磷素的浓度范围和吸收动力学常数（Km）存在较大差异，TaPHT2;1、TaPht1;4、TaPT2-1和TaPT4的Km分别为225 μM、35.3 μM、75.6 μM和64.7 μM。上述生化特征分别与TaPHT2;1位于叶绿体被膜参与组织中磷素转运、TaPht1;4、TaPT2-1和TaPT4主要参与低磷下的磷素吸收相符。 .　　4. 敲除TaPHT2;1显著降低不同外源磷水平下叶片叶绿体中的无机磷含量、植株光合效率和干物质生产能力，及显著降低不同磷水平下植株的磷素利用效率；超表达TaPht1;4则显著增加植株低磷条件下吸收磷素数量，缓解植株缺磷逆境，显著增加了植株的干物质生产量。因此，TaPHT2;1和TaPht1;4可作为小麦磷高效遗传改良的重要基因资源。 . 5. 以磷素吸收和利用效率不同的小麦近等基因系为材料，阐明了供试基因在调控植株磷素吸收和利用中的贡献率。TaPHT2;1和TaPht1;4贡献率较大，分别为23.6%和28.2%，TaPT2-1和TaPT4的贡献率较小，分别为8.38%和10.32%。

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