不同基因型玉米幼苗对低磷胁迫的适应机理.pdf

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1、万方数据赵坤不同基因型玉米幼苗对低磷胁迫的适应机理摘要玉米是工农业生产中重要的作物之一，土壤中有效磷不足限制了玉米的高产、优质。然而，在通过大量施用磷肥提高土壤中的有效磷含量以增加产量的同时，却带来了磷矿资源的浪费以及环境污染问题。目前，科学的方法是从基因表达及调控的角度探索玉米的耐低磷机制，发掘耐低磷关键基因，并通过对玉米品种的分子改良，提高玉米对土壤磷的利用效率，同时实现低投入稳产出。本文以耐低磷基因型玉米品种(DSY-2)和低磷敏感基因型玉米品种(DSY-79)为材料，研究了低磷胁迫对供试玉米幼苗叶片叶绿素含量、根系POD酶活性、根系可溶性蛋白含量的影响，同时应用基因芯片技术，分析

2、了根系中基因表达对低磷胁迫的差异应答，并结合酶活性测定和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测对部分候选基因的转录水平进行了验证分析。主要结果如下：1)低磷胁迫影响玉米幼苗叶片叶绿素含量与对照组相比，低磷处理8天后，两个供试玉米品种倒一叶中叶绿素a、b及总叶绿素含量均有不同程度的下降，且低磷敏感型玉米品种DSY-79倒一叶中叶绿素含量的下降更为显著；同时，低磷处理8天后，耐低磷品种倒五叶中绿素含量与对照无显著差异，但低磷敏感型品种较对照显著下降。这表明，在缺磷条件下，低磷敏感玉米型幼苗由于不能获得足够的P元素，而需大量动用老叶中的P元素以保证新叶的正常生长。这也表明，低磷处理第8天已经

3、明显影响玉米地上部的性状，因此，本实验选择低磷处理8天后的玉米幼苗根系进行基因差异表达分析。2)低磷胁迫影响玉米根系POD活性及根系可溶性蛋白含量对玉米幼苗根系POD活性的测定结果表明，低磷处理8天后，耐低磷基因型品种DSY-2和低磷敏感型品种DSY-79根系中POD活性均较对照有一定程度的增高，且耐低磷品种DSY-2根系中POD活性的增高更明显。其原因可能是耐低磷品种DSY-2根系中抗氧化酶的表达能更主动地应答低磷胁迫，这和基因芯片及qRT-PCR所检测到的有关低磷处理能导致耐低磷品种DSY-2根系中过氧化物酶基因表达明显上调的结果相一致。这说明在低磷条件下，耐低磷玉米幼苗能通过POD

4、的大量产生来保持体内自由基的动态平衡，以维持正常的生理生化稳态。对玉米幼苗根系蛋白质含量测定结果表明，低磷胁迫导致耐低磷品种DSY-2根系中可溶性蛋白含量较对照有一定程度的增高，而低磷敏感品种DSY-79根系中万方数据扬州大学硕士学位论文的可溶性蛋白含量处理和对照间没有明显差异，这表明耐低磷品种幼苗在低磷胁迫下可能诱导了差异蛋白的表达。3)低磷胁迫影响玉米根系耐低磷相关基因的表达水平，基因芯片的检测结果显示，在低磷胁迫处理8天后，低磷敏感型品种DSY-79根系中相对于对照的有效差异表达(信号比=处理组转录信号值，对照组的转录信号，且信号比≤0．5或者≥2可确定为差异表达基因)基因共有10

5、2个，其中，上调基因36个，下调基因66个；而耐低磷品种DSY-2根系中的有效差异表达基因高达336个，其中，上调基因251个，下调基因85个。然后，根据文献报道、差异表达基因的转录水平和生物信息学分析，筛选出了27个可能的耐低磷关键基因，分别属于磷素吸收、动员与能量代谢相关基因；物质代谢相关基因；细胞生长与细胞壁结构相关基因；转录调控因子相关基因；物质运输与基因转运相关基因；胁迫响应与防御相关基因等。进一步利用荧光定量PCR检测了这些基因在经低磷处理8天后的玉米根系中的相对表达量。结果表明，对于耐低磷品种DSY-2根系，在根据基因芯片结果所选取出的20个上调表达基因中有17个经qRT-

6、PCR检测也表现为明显上调，其中，无机磷转运因子(inorganicphosphatetransporter3)和13膨胀素(expB7)基因受低磷胁迫的诱导程度尤为显著，且过氧化物酶(peroxidase72)、酸性磷酸酶(acidphosphatase)、植物抗逆相关(endochitinasePR4)、茉莉酸合成相关(12．OXO．phytodienoicacidreductase)基因均表现为显著的表达上调。而低磷敏感型品种DSY-79根系中仅有6个基因表现出了明显的表达上调，同样，DSY-79根系中无机磷转运因子(inorganicphosphatetransporter3)和

7、B膨胀素(expB7)基因的表达受低磷胁迫诱导程度也非常显著。此外，经低磷胁迫处理后，两个品种玉米根系中的休眠相关基因(AI冲)和泛素类蛋白(ubiqultin．1ikeproteins)相关基因的表达水平显著下调，且耐低磷品种DSY-2的下调程度更高，且一些假想蛋白基因编码基因经qRT-PCR验证也表现出了显著的表达上调或下调，关于这些基因的差异表达在玉米耐低磷中所起的作用，还有待于进一步研究。上述研究结果证实，磷素吸收、动员与能