拟南芥磷饥饿不敏感突变体psi-1生理和遗传特性的研究

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1、摘要磷是植物生长发育不可缺少的大量元素之一。植物在长期的进化过程中形成了各种对磷营养缺乏的适应性机制。其中根构型的改变对于植物有效吸收和利用土壤中的磷具有重要作用。因此研究植物在磷胁迫环境下根构型变化的分子机制，进而对其进行遗传改良具有重大的理论与实际意义。目前对低磷条件下引起根构型变化的生理、遗传与分子机制知之甚少。本研究筛选到了一个对磷饥饿不敏感的拟南芥突变体(命名为psi-I：PhosphatestarvationinsensitiveI)，并对该突变体的生理与遗传机制进行了研究，得到以下结论：1．

2、ps／-1突变体对低磷胁迫不敏感。与野生型(C01)相比，ps／-1突变体主根伸长受低磷(15WvlPi)抑制的程度大大降低；侧根密度，根毛密度和长度受低磷诱导的程度明显减弱；地上部花色素苷累积显著减少，能保持相对稳定和正常的主根尖细胞伸长与分裂。这些表型在突变体中是磷饥饿特异的。2．对8DAG苗龄的psi-1突变体及野生型地上部和根部磷含量的测定结果表明，在低磷下，psi-1突变体和野生型根部总磷和无机磷含量均没有显著差异，但在地上部，psi-1突变体总磷含量和无机磷含量都要显著高于野生型。表明psi-

3、1突变体在低磷胁迫下吸收Pi的能力较强。3．通过对一系列磷饥饿诱导基因表达的研究发现，psi-1突变体对磷饥饿的响应程度降低。4．低磷胁迫时psi-1突变体保持生长素向主根根尖部位转运的能力比野生型强。但是，psi-1突变体与野生型对外源施加生长索的敏感性没有显著差异。利用DRS：：GFPWOXS：：IAAH转基因株系研究表明，在低磷条件下，psi-1突变体比野生型能够维持更高的生长素浓度可能并不是psi-1突变体在低磷条件下维持长根表型的原因。5．在低磷胁迫下，psi-1突变体与Col回交以及与低磷下短

4、根基因型Shahdara(Sha)，Wassilevskaja(WS)杂交的Fl株系根长表现为亲本中间型，表明PSI-1是一个部分显性基因。psi-1突变体与三个短根基因型杂交F2代分离均呈连续性的双峰分布，且偏向于中、短根，说明psi-I突变体的长根表型是由单基因控制的．6．利用psi-I突变体与Sha杂交获得的F2群体进行的QTL分析，检测到了两个VII与低磷调控根长相关的QTLs，分别在第一和第三条染色体上。利用psi—J突变体与Sha和WS杂交获得的F2群体进行图位克隆分析，psi-1与第三条染色

5、体上的LPR2等位。LPR2位点上的变异对拟南芥磷饥饿反应具有重要的作用。LPRl的作用依赖于PSI．1在LPR2位点上的作用。7．遗传分析表明，PSI-1基因与SUMOE3连接酶SIZl存在可能的互作关系。关键词：拟南芥，atpsi-1，磷饥饿不敏感突变体，根构型v111AbstractPhosphate(Pi)，asallessentialnutrient,playsallimportantroleinplantgrowthanddevelopment．Becauseofthebioavallabil

6、ityofPiisextremelylowinmanyecosystems．plantshaveevolvedawiderangeofstrategiesadaptivetolowPistress．Alterationofrootarchitectureisoneoftheadaptivetraitstoincreasetheabilityofplantstoefficientlyexploreandexploittheinsolublephosphorus．111ephysiologicalandgen

7、eticcharacterizationsofthealterationofplantrootarchitectureunderPi—starvationwereextensivelyreportedinArabidopsis，whilefewofmutantsinsensitivetoH-starvationhavebeenisolated．Inthisstlldy，WeisolatedanArabidopsismutant1ⅣitllinsensitivetoPi·starvation,designa

8、tedaspsi一1口i-starvationinseusffive-1)．1kphysiologicalandgeneticcharacterizationsofthemutantwereinvestigated．Theresultsarcsummagizedasfollows：1．psi-ImutantshowedreducedsensitivitytolowPi(15州Pi)stresscomparedtothewild