镁营养调控光合碳运输和分配促进菌根共生的生理和分子机制
批准号:
32072668
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
王秀荣
依托单位:
学科分类:
植物营养基础
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王秀荣
中文摘要
与菌根真菌共生提高了作物养分效率,但也增加了根系的碳库压力。镁参与植物光合碳同化和运输,那么,镁是否会通过调控光合碳运输和分配促进菌根共生鲜有报道。在前期研究中,我们鉴定到两个施镁条件下受菌根诱导增强表达的大豆GmSWEET7和GmSWEET14基因。本项目首先研究不同镁浓度对碳消耗强度不同的丛枝菌根真菌接种效果和植株碳分配的影响,明确GmSWEET7和GmSWEET14对镁及菌根接种的表达响应;接着,利用GmSWEET7和GmSWEET14过量和敲除转基因大豆,结合13C同位素标记,研究施镁对这两个基因参与菌根植物体内光合碳运输和分配的影响;并且,通过酵母功能互补结合转基因根系分泌物鉴定,确定GmSWEET7和GmSWEET14的糖转运特性;利用启动子融合GUS转基因大豆,确定其在菌根植物中的定位。最终阐明施镁通过GmSWEETs调控植物光合碳运输和分配,促进菌根共生的生理和分子机制。
英文摘要
Symbiosis with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) plays very important roles in improvement of nutrient efficiency, but it also increases the pressure of carbon sink to plant roots. Magnesium (Mg) involves in assimilation and transport of photosynthetic carbon in plants. However, whether Mg promotes mycorrhizal symbiosis by regulating carbon transport and allocation seldom has been reported. In the previous study, GmSWEET7 and GmSWEET14 induced by mycorrhizal inoculation were identified under Mg application conditions. In this project, firstly, the effects of different Mg concentrations on inoculation efficiency of AMF with different carbon cost intensity and carbon allocation will be assessed in plants, and the expression patterns of mycorrhiza-induced GmSWEET7 and GmSWEET14 will be investigated in responses to Mg application and AMF inoculation. Subsequently, over-expressing and knock-out transgenic soybean followed by 13C labeling technique will be employed to elucidate the effect of Mg application on these two genes involved in photosynthetic carbon transport and allocation in mycorrhizal plants. Furthermore, sugar transport characteristics of GmSWEET7 and GmSWEET14 will be determined by yeast functional complementary system combined with identification of transgenic root exudates. Promoter-GUS transgenic soybean plants will be employed to analyze the localization of GmSWEET7 or GmSWEET14 in the mycorrhizal plants. The results will elucidate the physiological and molecular mechanisms of Mg application regulating photosynthetic carbon transport and allocation through GmSWEETs, and thereby promoting mycorrhizal symbiosis in plants.
与菌根真菌共生提高了作物养分效率,但也增加了根系的碳库压力。镁参与植物光合碳同化和运输,那么,镁是否会通过调控光合碳运输和分配促进菌根共生鲜有报道。在现在的研究中,田间试验结果发现,低磷条件下,施镁提高了大豆基因型BD2菌根侵染率16.3%;高磷条件下,施镁提高了YC03-3菌根侵染率32.1%。不施镁条件下,低磷处理的YC03-3的菌根侵染率较高磷处理增加了31.6%;施镁条件下,低磷处理的BD2菌根侵染率增加了15.0%。表明磷镁互作显著影响大豆与AM真菌的共生。对糖转运蛋白基因GmSWEET14进行定量PCR分析发现,接种Ri提高了GmSWEET14在大豆根部的表达。启动子分析发现,GmSWEET14启动子驱动的GUS蛋白在接菌的大豆根部主要表达在含有丛枝侵染结构的皮层细胞以及维管束中,暗示其可能负责糖类在大豆根部的卸载和向丛枝共生界面的转运。酵母回补试验证明,GmSWEET14具有蔗糖转运功能。GmSWEET14过量表达植株的生理试验结果表明,不同镁处理及AM真菌接种处理显著影响大豆生长及菌根性状。高镁条件下接种AM真菌显著增加了过量表达株系根部GmSWEET14的表达。与CK对照植株相比,在高镁接菌条件下,过量表达GmSWEET14显著促进了植株生长,过量表达株系的地上部和根部干重分别增加了18%和20%;地上部和根部磷含量分别增加了30%和38%;根部碳含量增加了20%。过量表达GmSWEET14可以显著促进菌根共生,与CK对照植株相比,低镁条件下,过量表达GmSWEET14株系的菌根侵染率和丛枝丰度分别增加了24%和40%;高镁条件下,过量表达株系菌根侵染率和丛枝丰度分别增加了20%和28%。以上结果表明,过量表达GmSWEET14可以显著促进菌根共生,进而改善大豆磷状况,促进植株生长,GmSWEET14在菌根共生系统蔗糖的运输和分配中可能扮演着重要作用。
菌根诱导表达的蔗糖转运蛋白调控大豆-菌根真菌共生系统中碳分配的机理研究
-
批准号:31672237
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:60.0万元
-
批准年份:2016
-
负责人:王秀荣
-
依托单位:
GmPAP4和GmPAP33调控大豆-AM共生体内磷再利用的生理和分子机制
-
批准号:31372126
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:76.0万元
-
批准年份:2013
-
负责人:王秀荣
-
依托单位:
大豆紫色酸性磷酸酶基因家族参与磷高效利用的生理和分子机理解析
-
批准号:30971853
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:33.0万元
-
批准年份:2009
-
负责人:王秀荣
-
依托单位:
国内基金
海外基金