磷转运蛋白OsPT6在水稻武育粳7号苗期磷素吸收利用中的作用.pdf

磷转运蛋白o s p t 在水稻武育粳号苗期磷素吸收利用中的 作用 张芳 艾昊 王丹凤 曹越 史书林 顾冕 孙淑斌 徐国华 ( 南京农业大学 资源与环境科学学院,南京 ;共同第一作者;通讯联系人,e m a i l:s u n s h u b i n n j a u e d u c n) r o l e so fo s p t o nt h ep h o s p h a t eu p t a k ea n du t i l i z a t i o n i nt h er i c es e e d i n go f wu y u j i n g zhangf a n g ,a ih a o ,wangd a n f e n g,c aoy u e,sh is h u l i n,gum i a n,suns h u b i n ,xug u o h u a (c o l l e g eo fr e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t a ls c i e n c e s,n a n j i n g a g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t y,n a n j i n g ,c h i n a;t h e s ea u t h o r s c o n t r i b u t e de q u a l l yt o t h i sp a p e r;c o r r e s p o n d i n ga u t h o r,e m a i l:s u n s h u b i n n j a ue d uc n) z han gf a n g,a ih a o,wan gd a n f e n g,e ta l r o l e so fo s p t o nt h ep h o s p h a t eu p t a k ea n du t i l i z a t i o ni nt h er i c e s e e d i n go fw u y u j i n g c h i njr i c es c i, , () : a b s t r a c t:a so n eo fm e m b e r so f t h ep h t t r a n s p o r t e r sf a m i l yi nr i c e,t h ep h o s p h a t et r a n s p o r t e ro s p t p l a y sab r o a d r o l e i np i u p t a k e,t r a n s l o c a t i o na n d i n t e r n a l t r a n s p o r t t h r o u g h o u t t h ep l a n t w i t h t h eo s p t o v e r e x p r e s s e d t r a n s g e n i c r i c eo fw u y u j i n g,ah i g h y i e l d i n gv a r i e t y,w es t u d i e dt h er o l e so fo s p t o nt h ep h o s p h a t eu p t a k ea n du t i l i z a t i o ni n r i c e t h em a i nr e s u l t sa r e t h e f o l l o w i n g:)o s p t i sa b u n d a n t l ye x p r e s s e d i nr o o t so fw u y u j i n g f u r t h e r m o r e,t h e e x p r e s s i o n l e v e l so fo s p t i ns h o o t sa n dr o o t sa r e i n d u c e db yp h o s p h a t ed e f i c i e n c y )t h eo v e r e x p r e s s i o no fo s p t c a np r o m o t e t h eg r o w t ho fp l a n t s t h ed r yw e i g h to f s h o o t sa n dr o o t so f t h eo s p t o v e r e x p r e s s e dt r a n s g e n i cp l a n t s w a ss i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d,i nb o t hs u f f i c i e n t a n dd e f i c i e n t p ic o n d i t i o n sf o r d a y s )t h et o t a lpc o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e s i nd i f f e r e n t t i s s u e sa n do r g a n so fo s p t o v e r e x p r e s s e dt r a n s g e n i cp l a n t s,e s p e c i a l l y i nv e g e t a b l eo r g a n s,a t d i f f e r e n tp i s u p p l y l e v e l s k e yw o r d s:r i c e;p h o s p h a t e t r a n s p o r t e r;o v e r e x p r e s s i o n 张芳,艾昊,王丹凤,等磷转运蛋白o s p t 在水稻武育粳号苗期磷素吸收利用中的作用中国水稻科学, , () : 摘 要:磷转运蛋白o s p t 为水稻p h t 家族成员之一, 具有吸收和转运磷酸盐双重功能.以水稻高产品种武育粳号的 o s p t 超表达转基因材料为试材, 研究磷转运蛋白o s p t 在武育粳号磷素吸收利用中的作用.结果表明:)o s p t 在武 育粳号的地下部表达丰度较高, 同时在地下部和地上部该基因均受缺磷诱导表达量显著增加.)o s p t 超表达后, 转基 因植株生长良好.正常供磷和低磷处理 d后,o s p t 超表达植株地上部和地下部干物质量都显著增加.)o s p t 超表 达转基因材料在不同浓度磷素处理后, 各组织全磷含量有所增加, 其中营养器官尤为显著. 关键词:水稻;磷转运蛋白;超表达 中图分类号:q ;s 文献标识码:a 文章编号: ( ) 磷是植物生长发育所必需的大量营养元素之 一.植物中蛋白质、 核酸、 磷脂和at p等物质中均 含有磷, 在植物生长和代谢过程中例如光合作用、 呼 吸作用、 能量的累积、 氧化还原反应及抗病等, 只有 在磷的参加下才能实现 .植物获取磷的方式主要 是三种可溶性磷酸根离子, 即hp o、h p o和 p o , 磷酸盐的化学特性决定了其容易被酸性 土壤中铁铝氧化物以及石灰性土壤中碳酸钙化合物 等固定, 导致其难以被植株吸收和利用, 所以土壤缺 磷成为制约作物生产的主要因素之一 . 无机态磷通过根细胞膜进入植物体内是由同一 或不同家族的多个磷转运蛋白来完成的 .磷吸收 动力学研究表明, 植物中存在双重吸收系统, 在高磷 条件下启动低亲和力转运系统, 在低磷条件下启动 收稿日期: ;修改稿收到日期: . 基金项目:国家自然科学基金资助项目( , ) . 中国水稻科学(c h i njr i c es c i) , , ( ) : h t t p: / /w w w r i c e s c i c n d o i: /j i s s n 高亲和力转运系统 , 其中高亲合力磷酸盐转运蛋 白担负着缺磷条件下根系吸磷重任, 因此高亲合力 磷酸盐转运蛋白倍受关注 .p h t 是植物中已发 现的磷转运蛋白基因家族之一 .双子叶植物中, 拟南芥p h t 家族有个成员 .茄科作物番茄 和土豆中至少各有个成员 .单子叶植物水稻 p h t 家族有 个成员 . 研究表明, 水稻p h t 家族 个成员在磷素吸 收、 转运、 再分配等方面作用不同.o s p t 在根部 和叶片 近 乎 组 成 型 表 达, 不 受 磷 素 水 平 变 化 影 响 .利用o s p t 超表达材料的研究结果表明, o s p t 对正常供磷条件下地上部的磷素利用起着 重要作用 .o s p t 的时空表达模式与o s p t 相似, 但o s p t 蛋白在磷素由营养器官往生殖器官 运输过程中发挥重要作用 .根据 gu s检测结果 推测, o s p t 主要负责磷素的转运, 而o s p t 既负 责从土壤中磷素的吸收又有磷素转运功能 .利 用r na i材料通过同位素吸收实验也证实了这一 点 .本研究利用江苏省主栽品种武育粳号为 试材, 开展磷转运蛋白o s p t 功能研究.一方面通 过其超表达材料更深入研究o s p t 在水稻磷素利 用中的作用; 另一方面由于武育粳号高产优质的 特性 , 研究结果将对后续的分子育种提供重要依 据. 材料与方法 材料 武育粳号的磷转运蛋白基因o s p t 超表达 的转基因材料由本实验室提供.以其野生型武育粳 号为对照. 生物试剂:d e p c和t r i z o l购自英骏( i n v i t r o g e n) 生物技术有限公司; p c r扩增所用的引物由英 骏( i n v i t r o g e n) 生物技术有限公司合成.d nt p购 自宝生物(t a k a r a) 工程有限公司; t a q d na聚合 酶购自上海鼎国公司; 潮霉素(h y g) 购自r o c h e公 司; 反转录试剂盒购自英骏( i n v i t r o g e n) 公司. 方法 营养液培养 水稻种子经 ho消毒 m i n后蒸馏水 洗净暗培养d催芽, 出芽后, 将转基因株系转入 m g /l潮霉素水溶液中筛选周, 叶心时, 再挑 选长势良好、 形态一致的苗分别移栽.以磷酸二氢 钾为磷源, 设置两个磷水平( 和 m o l /l) . 以正常供磷水平为准, 低磷营养液中用k c l补充缺 失的钾元素, 其余营养成分配方如下: mm o l /l nhno, mm o l /lk s o,mm o l /lc a c l , mm o l /lm g s o, mm o l /ln a s i o,m o l /l m n c l, m o l /l n a m o o, m o l /l hb o, m o l /lz n s o, m o l /lc u s o, m o l /le d t a f e.l周转箱作为移栽盆钵, 每箱 穴, 每穴株, 用海绵固定在塑料泡沫板的 孔中, 温度控制在 , 光照时间为白天 h/黑暗 h.自来水培养d后, 用/浓度营养 液培养d, 再换/浓度营养液培养d, 随后就可 以开始进行处理.处理时间持续 d, 在处理期间 每d换次营养液, 每天上午调节营养液 p h 到 .每个处理重复 次. 土培实验 为了进一步观察在不同磷浓度下o s p t 超表 达对植株整个生育期的表型及对磷素的吸收转运的 影响, 我们采用酸性黄棕壤( 取自江苏省南京市牌楼 地区) 作为培养基质进行盆栽实验.采份土样消 煮,测定土样全氮、 全磷含量和c/n比( 分别为: m g/g、 m g/g和 ) .然后对土壤基质 进行施肥处理, 即分别施、 、 和 m g/ k g 的 khp o,个月后采用o l s e n法测定土壤中的有 效磷浓度, 得到实际有效磷浓度为 、 、 和 m g/ k g 的土样, 分别代表极低、 低、 中和高种 磷水平. 取野生型( 武育粳号) 和o s p t 超表达植株 ( o s p t o x) 的种子经 ho消毒, 黑暗催芽 培养d.待种子露白后, 将试验材料用清水光照培 养周, 其中转基因材料使用 m g/l潮霉素水溶 液进行阳性苗筛选.由于清水萌发培养的水稻苗比 较弱小, 对外界环境适应能力较差, 所以将经过潮霉 素筛选获得的转基因阳性苗和野生型苗用营养液培 养周后, 移栽至桶中(k g土样) 进行土培, 每桶 种植株水稻苗, 即野生型和两个独立的超表达株 系各株, 每个磷素处理设置个重复. 在最大分蘖期( 约 d) , 统计分蘖数; 在收获 期, 统计株高( 自地面至穗部顶端的高度) , 记录表型 并对各个组织部位进行采样测定全磷含量. 半定量p c r和定量p c r 营养液培养试材 d, 分别取份转基因植株 叶片和根, 装入小封口袋后立即放入液氮杯中, 其余 样品放入 冰箱内保存备用.提取r na, 进行 中国水稻科学(c h i njr i c es c i) 第 卷第期( 年月) r t p c r和实时p c r检测. 反转录得到的c d na稀释后作为r t p c r扩 增 模 板. 以o s a c t i n(o s r a c , 基 因 序 列 号 a b ) 基因为内参调节各个样品的c d na模板 浓度, 使其表达量一致, 然后进行目标基因的半定量 r t p c r.水稻磷转运蛋白o s p t 基因的引物序 列信息见表.所有p c r条件均为 l反应体 系, 反应条件如下: 下变性m i n, 然后 下 s, ( 不同引物有不同的退火温度) 下 s, 下m i n, 最后 下充分延伸 m i n.扩增 的p c r产物通过 琼脂糖凝胶电泳,e b染色检 测. 利用引物设计软件p r i m e rp r e m i e r设计实时 p c r检测所用两对引物, 实时p c r引物如表所 示.各组织c d na反应在 孔p c r板中进行. l反应体系包括i qs y b rp r i m i xe x t a q tm( x) (t a k a r a,大连宝生物) l, 正向引物和反向引 物各 l,c d na模板l,无菌水l.配制 混合物充分混匀后平均分配至 孔p c r板中.反 应条件如下: 下 s, 下变性 s, 下 退火 s, 下延伸 s, 次循环; 下延伸 m i n.设定在每个循环的变性期结束后, 程序自动 记录上一循环最后 时间的平均荧光值.荧光 种类选择s y b rg r e e n , 程序将按照设定的激发 和发射光谱选择滤镜组.所有设定保存后运行程 序, 输入正确的p c r体系的体积后开始运行.在样 品扩增的同时, 以实验中的混合样模板进行系列稀 释制作标准曲线.对不同稀释模板( 、/ 、/ 、 / ) 进行扩增, 获得基因标准曲线, 纵坐标为临 界循环值c t, 横坐标为稀释系列的l o g值.根据标 准曲线所得的线性计算公式, 将样品的c t值代入 公式, 即可得到待测样品的相对浓度. 株高和干物质量的测定 水培 d后, 分别测量野生型和转基因植株的 株高.样品收获后, 按根、 茎和叶分样, 下杀青 m i n, 下烘箱中烘 h至恒重, 测量干物质 量. 植株全磷含量的测定 将烘干至恒重的样品经粉碎后混匀, 称取样品 g置 于 m l消 化 管 中, 用 浓hs o ho混合消煮.冷却定容后, 用钼锑抗比色法, 在 紫外可见分光光度计 n m处比色测定 . 磷吸收效率和磷利用效率的计算 磷吸收效率( m g /g) 按照e l l i o t等 的方法计 算: 磷吸收效率pt/r dw, 其中pt代表整个植株 的吸磷量, r dw代表根系干物质量.磷利用效率 按照s i d d i q i等 方法计算: 磷利用效率 s dw/ ps, 其中ps代表地上部磷含量,s dw代表地上部 干物质量. 酸性土壤中有效磷含量的测定 称取待测土样 g置于 m l三角瓶中, 每 份 土样取个重复, 加入 m l提取剂( mm o l/l 表 o s p t 半定量r t p c r引物 t a b l e r t p c rp r i m e r s f o ra m p l i f i c a t i o no f t h ea c t i na n do s p t c d n a 基因名称 g e n en a m e 登录号 a c c e s s i o nn o 引物序列 p r i m e r s e q u e n c e s( ) 退火温度 a n n e a l i n gt e m p e r a t u r e/ 产物大小 p r o d u c t/ b p o s p t a f f:c c ga c g c c t a t ga c c t c t t c t g r:a c c t g c a g c a c c t t g ga c at g t o s a c t i na b f:g gaa c t g g t a t g g t c aa g g c r:a g t c t c a t g ga t aa c c g c a g 表 o s p t 定量r t p c r引物 t a b l e q u a n t i t a t i v er t p c rp r i m e r s f o ra m p l i f i c a t i o no f t h ea c t i na n do s p t c d n a 基因名称 g e n en a m e 登录号 a c c e s s i o nn o 引物序列 p r i m e r s e q u e n c e s( ) 退火温度 a n n e a l i n gt e m p e r a t u r e/ 产物大小 p r o d u c t/ b p o s p t a f f:g ga t c c t t c g g g t t c c t g t a r:g c ga g c a g gaa ga g c gag o s a c t i na b f:t t at g g t t g g ga t g g ga c a r:a g c a c g g c t t gaa t a g c g 张芳等:磷转运蛋白o s p t 在水稻武育粳号苗期磷素吸收利用中的作用 hc l mm o l /lhs o)于 r/m i n下振荡 m i n, 用中速定量滤纸过滤.吸取m l反应液, 加 入工作溶液 m l( 即稀释倍) , 混匀.室温放 置 h后, 于 n m处比色, 用提取剂与工作溶 液的反应液调零.获得的o d值代入公式, 土壤有 效磷( p i) 含量( m g / k g )o d( v/m)(v/v) , 计算得出土壤有效磷含量.o d为换算后待测液中 磷的质量浓度( g /m l) ; v为样品所加提取剂的体积 ( 此为 m l) ;m为风干土质量(g) ( 此为g) ;v 为吸取反应所用滤液的体积( m l) ;v为反应液 总体积( m l) . 数据统计和分析 所得数据由统计软件s i g m a p l o t 和s p s s 进行分析 结果与分析 o s p t 基因在武育粳号的表达模式 如图所示, 正常供磷和缺磷条件下处理 d, o s p t 在地下部和地上部均有表达, 尤其在地下部 高表达.正常供磷时, o s p t 在地下部的表达量比 地上部高 .在缺磷条件下,o s p t 在地下部 的表达量比地上部高 ;o s p t 在地下部和地 上部表达均受缺磷诱导, 与正常供磷时相比分别增 加了 和 ( 图) . 超表达植株的分子鉴定 为了选择o s p t 超表达的转基因株系, 将转 基因t代苗经潮霉素筛选后, 得到o s p t 转基因 阳性 个株系.为了进一步确定这些株系中o s p t 的表达是否增强, 随机选取个株系的t代种 子水培发苗, 催芽d后转入含有潮霉素( m g /l) 的清水中筛选周; 筛选后将长势一致的水 稻苗移入培养箱中正常供磷( m o l /l) 培养 周.采取植株根部和地上部样品, 迅速放入液氮杯 中, 提取r na后进行半定量r t p c r检测.根据 检测结果我们选取表达增强( 图 a) 的个株系进 行实时荧光定量p c r, 进一步确认o s p t 转基因 株系的过量表达效果( 图 b) , 并把这个超表达 株系作 为 下 一 步 研 究 的 材 料, 分 别 命 名 为o x 、 o x 、o x 和o x . 如图 a所示, 与野生型相比, 转基因植株 o x 、o x 、o x 和o x 在根部和地上部表达量均 增加上调, 从图 b中可以看出转基因株系o x 和 ar t p c r半定量结果;b图a中o s p t 的相对表达量.n p 正常供磷水平;l p低磷处理.下同. a,r t p c r;b,r e l a t i v ee x p r e s s i o nl e v e lo fo s p t t oo s a c t i ni n a n p,n o r m a lpl e v e l;l p,l o wpl e v e l t h es a m ea si nf i g u r e s b e l o w 图 o s p t 基因在水稻武育粳号地下部和地上部的表达 f i g p h o s p h a t e r e g u l a t e dt r a n s c r i p t i o n a lp a t t e r n s o fo s p t i nr o o t s a n ds h o o t s o fw u y u j i n g wt野生型;o x 、o x 、o x 、o x 为o s p t 超表达的转基因株 系.下同. wt,w i l dt y p e;o x ,o x ,o x ,o x ,o s p t a r eo v e r e x p r e s s e d t r a n s g e n i c l i n e s t h es a m ea sb e l o w 图 正常供磷条件下o s p t 超表达转基因株系的鉴定结果 f i g e x p r e s s i o nl e v e l so fo s p t i nf o u rt r a n s g e n i cl i n e su n d e r n o r m a l p h o s p h a t e l e v e l 中国水稻科学(c h i njr i c es c i) 第 卷第期( 年月) o x 中o s p t 基因在地上部表达量与野生型相比 提高了 倍以上, 而o x 和o x 这种增强表达趋 势略低, 但也均达到了野生型的倍, 与r t p c r 结果一致. o s p t 超表达对水稻苗期生长的影响 为了研究o s p t 的超表达对水稻生长发育的 影响, 选取长势一致的 d秧龄的苗进行正常供磷 和缺磷处理.从表型上可以看出, o s p t 超表达植 株与野生型相比, 在正常供磷( 图 a) 和低磷处理 下( 图 b) 株高均存在显著差异.正常供磷条件下 转基因植株o x 、o x 、o x 和o x 株高分别比野 生型高 、 、和 ; 低磷条件下超表 a正常供磷条件下个o s p t 超表达转基因株系和野生型的表 型;b低磷条件下个o s p t 超表达转基因株系和野生型的表 型;c野生型和个o s p t 超表达转基因株系在正常供磷和低磷 条件下的株高. a,c h a r a c t e r i z a t i o no ft h e wta n dt r a n s g e n i cp l a n t su n d e r mm o l/lp i(l p) ;b,c h a r a c t e r i z a t i o no ft h e wt a n dt r a n s g e n i c p l a n t su n d e r mm o l/lp i(n p) ;c,t h ep l a n th e i g h to ft h e f o u r t r a n s g e n i c l i n e sa n dw i l dt y p e i nn pa n dl p 图 武育粳号野生型和四个转基因株系在高磷和低磷条件 下的表型 f i g c h a r a c t e r i z a t i o no f t h ewta n dt r a n s g e n i cp l a n t sg r o w ni nt h e n u t r i e n t s o l u t i o nt ow h i c h mm o l/l p i(n p)o r mm o l/lp i(l p)w a s a d d e d 达植株分别比野生型高 、 、 、 ( 图 c) .由此可见, 在正常供磷和低磷条件下超 表达植株的株高均有所增加.另外, 在低磷条件下 超表达株高的增量比在正常供磷条件下高, 说明 o s p t 的超表达对低磷条件下植株苗期生长促进 作用更大. o s p t 超表达对水稻苗期干物质量的影响 从图可以看出, 在正常供磷和低磷条件下, 根 系、 地上部以及整个植株的干物质量显著高于野生 型.在正常供磷条件下, 与野生型相比, 个转基因 株系地上部干物质量平均增加了 , 根部 干物质量平均增加了 ; 低磷处理下, 个 转基因株系与野生型相比, 地上部干物质量平均增 加了 , 根部干物质量平均增加了 ; 可见,o s p t 基因的超表达使水稻植株干物 质量增加, 说明o s p t 的超量表达对维持水稻生 物量有重要作用. 营养液培养条件下o s p t 超表达对水稻苗期 磷素利用的影响 如图所示, 在正常供磷条件下, 与野生型相 比, o s p t 超表达植株的全磷含量, 在根、 茎、 叶三 个部位中都有不同程度的增加, o x 和o x 株系比 o x 和o x 更加显著.在低磷条件下,o x 、o x 、 o x 和o x 四个株系在根、 茎、 叶三个部位的全磷 含量也都有不同程度的增加. 在植物体内, 磷素是极易被转运和再分配的营 养元素.o s p t 超表达后, 高磷和低磷处理下, 转 基因株系根、 茎、 叶等各部位的磷浓度都有了不同程 度的提高.如图所示,o s p t 超表达后, 显著提 高了植株的磷素吸收效率以及磷素利用效率.以上 结果表明, o s p t 在水稻磷素的吸收利用方面起着 重要作用. o s p t 超表达后, 土培盆栽条件下转基因植株 内磷素含量的变化 土培采样后, 按照剑叶、 倒叶和茎个部位进 行分样, 并杀青保存, 粉碎后测定全磷含量.与野生 型相比, 四种磷水平下o x 、o x 、o x 、o x 全磷含 量在剑叶、 倒叶和茎中均有增加, 尤其在叶中.剑 叶在四种磷水平下磷素含量分别平均增加了 、 、 和 ( 图 a) ; 倒叶分别平均增加了 、 、 、 ( 图 b) .在茎组织中, 磷素 含量虽然没有叶中显著, 但也有明显增加的趋势, 分 别平均增加了 、 、 、 ( 图 c) . 由 张芳等:磷转运蛋白o s p t 在水稻武育粳号苗期磷素吸收利用中的作用 图 正常供磷和低磷处理下植株地上部和地下部的干物质量 f i g d r yw e i g h tu n d e rn pa n dl pc o n d i t i o n s 图 正常供磷和低磷处理下o s p t 超表达转基因植株根、 茎、 叶全磷含量 f i g t o t a l p h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o n i nr o o t s,c u l m s a n d l e a v e s i nt h eo s p t o v e r e x p r e s s e dt r a n s g e n i cp l a n t su n d e rn pa n dl pc o n d i t i o n s 图 正常供磷和低磷条件下o s p t 超表达转基因株系在不同供磷水平下的磷吸收效率和磷利用效率 f i g pu p t a k e e f f i c i e n c ya n dpu s e e f f i c i e n c yo fo s p t o v e r e x p r e s s e dt r a n s g e n i cp l a n t su n d e rn pa n dl pc o n d i t i o n s 中国水稻科学(c h i njr i c es c i) 第 卷第期( 年月) 图 四个磷浓度条件下o s p t 超表达转基因株系中各个部位的全磷含量 f i g t h e t o t a lpc o n c e n t r a t i o n i nd i f f e r e n t t i s s u e s o fo s p t o v e r e x p r e s s i o nt r a n s g e n i c l i n e s a td i f f e r e n tk hp oa p p l i c a t i o n l e v e l s 此可以看出, 不同磷水平处理后, o s p t 超表达植 株营养器官中的全磷含量均明显高于野生型.在低 磷条件下, 营养器官中全磷含量的增幅远远大于中 高磷水平, 进一步证明了o s p t 受缺磷诱导. 讨论 武育粳号是江苏省主栽高产品种, 它耐肥抗 倒抗病性好、 穗大粒重结实率高, 是一个推广面积很 大的水稻品种 .a i等对磷转运蛋白基因o s p t 缺失日本晴材料的研究结果表明, o s p t 负责水稻 磷素的吸收与转运 . 本研究中,r t p c r检测结果表明, 磷转运蛋白 基因o s p t 在武育粳号中的表达模式与日本晴 中不同: 正常供磷条件下, o s p t 在日本晴的地下 部和地上部的表达均比较微弱, 尤其在地下部几乎 不表达 , 而o s p t 正常供磷时在武育粳号地 下部表达较强( 图) .然而, 尽管在武育粳号和 日本晴两个品种中, o s p t 的表达模式存在差异, 但在地上部和地下部都受到缺磷诱导表达, 因此, 将 o s p t 在武育粳号中超表达, 有望培育出能在低 磷贫瘠土壤正常生长的转基因水稻, 从而减少磷肥 施肥量, 降低环境污染. 土壤根际中的有效磷或菌根富集的磷最终需要 通过植物根系的吸收转运加以利用.p h t 家族磷 转运蛋白是植物从根系磷的吸收到体内磷转运的主 要完成者.过去十几年来, 人们对拟南芥、 茄科植物 及豆科植物中的高亲合转运蛋白做了较细致的研究 工作 .水稻基因组全部 个 p h t 家族成员 中, s u n等 , j i a等 和 a i等 陆续报道了其中 个成员的生理功能.正常磷处理条件下,o s p t 超表达后虽然显著提高了地上部和地下部全磷含 量, 但植株生长状况没有得到显著改善( 未发表数 据) .o s p t 、 o s p t超表达后, 转基因植株因为磷 素的大量积累, 表现为植株叶片发黄、 生长受阻、 株 型矮小等 , .本研究中, 正常供磷条件下, o s p t 超表达后转基因植株生长良好( 图) , 并没有 出现类似o s p t 和o s p t 超表达后磷素积累而造 成植株矮小等不良现象.与野生型相比, 转基因植 株明显健壮, 生物量也显著增加( 图) .对试材各 个营养器官全磷含量测定的结果显示, 无论是苗期 还是成熟期, 转基因植株中的全磷含量较野生型都 有显著增加( 图,图) , 说明o s p t 的超表达有 利于植株磷素的吸收和利用, 促进了植株的生长发 育.营养液培养和不同磷素水平的土培实验中, o s p t 的超表达转基因植株都表现出了耐低磷的 优势, 即营养液低磷处理和土培极低磷处理时, o s p t o x依然生长良好, 生物量也较野生型明显增 加( 图) , 说明o s p t 的超表达, 提高了水稻对低 磷环境的耐受能力.计算试材的磷素吸收和利用效 率, 结果显示o s p t 超表达后, 大大提高了转基因 植株的磷素吸收和利用效率( 图) , 可见o s p t 在 水稻磷素的吸收和利用过程中起着重要的作用.综 上所述, o s p t 超表达转基因植株表现出了耐低 磷、 生长良好、 磷素吸收利用效率提高等优势, 具有 张芳等:磷转运蛋白o s p t 在水稻武育粳号苗期磷素吸收利用中的作用 一定的实际应用价值, o s p t 将有可能广泛应用于 作物的分子育种领域, 培育高效磷素吸收利用的转 基因水稻新品种. 参考文献: t h e o d o r o ume,p l a x t o nw c m e t a b o l i ca d a p t a t i o n so fp l a n t r e s p i r a t i o nt on u t r i t i o n a lp h o s p h a t ed e p r i v a t i o n p l a n tp h y s i o l, , : m i m u r at r e g u l a t i o no f p h o s p h a t e t r a n s p o r t a n dh o m e o s t a s i s i nt h ep l a n t c e l l s i n tr e vc y t o l, , : v a n c ecp,u h d e s t o n ec,a l l a ndl p h o s p h o r u s a c q u i s i t i o n a n du s e:c r i t i c a la d a p t a t i o n sb yp l a n t sf o rs e c u r i n gan o n r e n e w a b l er e s o u r c e n e wp h y t o l, , : s c h a c h t m a ndp,r e i drj,a y l i n gs m p h o s p h o r u su p t a k e b yp l a n t s:f r o ms o i l t oc e l l p l a n tp h y s i o l, , : r a g h o t h a m a k g p h o s p h a t ea c q u i s i t i o n a n n u r e v p l a n t p h y s i o lp l a n tm o lb i o l, , : s m i t hfw,m u d g esr,r a eal,e t a l p h o s p h a t e t r a n s p o r t e r i np l a n t s p l a n ts o i l, , : m u c h h a lus,p a r d ojm,r a g h o t h a m akg p h o s p h a t e t r a n s p o r t e r s f r o mt h eh i g h e r p l a n ta r a b i d o p s i s t h a l i a n ap r o cn a t l a c a ds c iu s a, , : r a u s c hc,b u c h e r mm o l e c u l a rm e c h a n i s m so fp h o s p h a t e t r a n s p o r t i np l a n t s p l a n t a, , : m u d g esr,r a eal,d i a t l o f fe,e ta l e x p r e s s i o na n a l y s i s s u g g e s t sn o v e l r o l e s f o rm e m b e r so f t h ep h t f a m i l yo fp h o s p h a t e t r a n s p o r t e r si na r a b i d o p s i sp l a n tj, , : r a eal,c y b i n s k id h,j a r m e yjm,e ta l c h a r a c t e r i z a t i o n o f t w op h o s p h a t et r a n s p o r t e r sf r o m b a r l e y:e v i d e n c ef o rd i v e r s ef u n c t i o na n dk i n e t i cp r o p e r t i e sa m o n g m e m b e r so ft h e p h t f a m i l y p l a n tm o lb i o l, , : p o i r i e ry,b u c h e rm p h o s p h a t et r a n s p o r ta n dh o m e o s t a s i s i n a r a b i d o p s i s/ /s o m e r v i l l ecr,m e y e r o w i t ze m t h ea r a b i d o p s i sb o o k r o c k v i l l e,m d:ams o cp l a n tb i o l, : c h e naq,h uj,s u nsb,e