【摘 要】
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磷元素是植物必需的大量矿质营养元素,对于植物的生长发育有十分重要的作用。但土壤磷的有效性往往低于植物正常生长的需求。为了适应低磷胁迫,植物在长期的进化过程中形成了一系列的适应性机制,包括根形态构型的改变以及叶片花青素的累积等。大豆（Glycine max）是我国重要的粮油作物。土壤有效磷的缺乏显著限制大豆产量和品质的提高。我们前期通过对低磷胁迫下大豆根系c DNA酵母文库的筛选,鉴定到与蛋白磷酸酶
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磷元素是植物必需的大量矿质营养元素,对于植物的生长发育有十分重要的作用。但土壤磷的有效性往往低于植物正常生长的需求。为了适应低磷胁迫,植物在长期的进化过程中形成了一系列的适应性机制,包括根形态构型的改变以及叶片花青素的累积等。大豆（Glycine max）是我国重要的粮油作物。土壤有效磷的缺乏显著限制大豆产量和品质的提高。我们前期通过对低磷胁迫下大豆根系c DNA酵母文库的筛选,鉴定到与蛋白磷酸酶Gm HAD1-2互作蛋白,Gm CSN5。因此,本研究通过生物信息学分方法分析了大豆基因组中Gm CSN5的成员,Gm CSN5-1和Gm CSN5-2。通过定量PCR分析了低磷胁迫对Gm CSN5在大豆中的表达模式。同时,利用异源表达方法,研究了超量表达Gm CSN5-1和Gm CSN5-2对拟南芥生长和叶片花青素积累的影响。主要研究结果如下:1)在大豆基因组中,有两个高度同源的Gm CSN5成员,即Gm CSN5-1和Gm CSN5-2。而且,在烟草表皮细胞瞬间表达Gm CSN5s:GFP的结果显示,在细胞膜、细胞核和细胞质等亚细胞器都能观察到GFP的荧光信号,说明Gm CSN5-1和Gm CSN5-2均定位于细胞膜、细胞核和细胞质。2)低磷胁迫显著抑制了YC03-3和BD2两个大豆品种的生物量。但是,在低磷胁迫第12天和15天显著促进了大豆根长的增加。定量PCR分析结果显示,大豆根部Gm CSN5-1和Gm CSN5-2的表达在低磷胁迫后第12天和15天明显上调。而且,在YC03-3大豆品种中,低磷胁迫12天显著提高了Gm CSN5-1和Gm CSN5-2在新叶、老叶和根中的表达量,尤其在老叶中的表达量提高最显著约为2.6倍以上。3)通过异源表达,分别获得了Gm CSN5-1和Gm CSN5-2在拟南芥中超量表达的转基因株系。固体MS培养基实验结果表明,虽然低磷胁迫显著抑制了拟南芥主根的生长。但是,超量表达Gm CSN5-1和Gm CSN5-2均显著提高了转基因拟南芥的主根长。而且,低磷胁迫下,超量表达Gm CSN5-1和Gm CSN5-2转基因拟南芥生物量显著高于野生型,暗示了Gm CSN5s可能参与调控了低磷胁迫下植物根系的生长。4)在土壤培养条件下,比较分析了高低磷处理对转基因拟南芥生长和叶片花青素积累的影响。结果显示,低磷胁迫显著抑制了拟南芥的生长,提高了拟南芥叶部花青素的积累。在低磷胁迫下,超量表达Gm CSN5-1和Gm CSN5-2转基因的拟南芥的花青素含量显著高于野生型,暗示了Gm CSN5s参与调控了低磷胁迫下植物花青素的积累。综上所述,本研究揭示了低磷胁迫对大豆Gm CSN5s时空表达模式的调控规律,初步阐明在低磷胁迫下大豆Gm CSN5-1和Gm CSN5-2参与叶片花青素合成、根系生长的调控功能。这些结果可为进一步解析大豆适应低磷胁迫的生物学机制提供候选基因和思路,从而为遗传改良提高作物的磷效率提供了重要的资源。
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