论文部分内容阅读
在双子叶模式植物拟南芥中,生长素与磷的信号交叉备受瞩目；在单子叶模式植物水稻中,生长素信号转导和磷吸收代谢已有研究,但两者关系尚不清楚。为深入了解生长素信号与磷信号互作关系,探索水稻磷高效利用新途径,我们分析了水稻生长素响应因子OsARF16的敲除突变体和超表达材料；发现OsARF16敲除后,水稻失去生长素和缺磷响应功能,显示OsARF16为连接这两个信号的关键基因。OsARF16是一个由经典DBD、CTD及富含谷氨酰胺的MR所组成的激活型转录因子,敲除会造成生长素不敏感表型：严重削弱主根,侧根,根毛和不定根对外源生长素的响应。OsARF16promoter::GUS研究发现,OsARF16在水稻各组织器官中均有表达,尤其在根系及维管组织中表达极为强烈；且在根中的组织表达模式与强度受到生长素和生长素运输抑制剂调控。osarf16突变体中,生长素含量高于野生型NIP；但在外源生长素处理下,osarfl6体内生长素上升幅度远低于NIP。通过荧光定量RT-PCR发现,生长素运输载体编码基因OsPINs. OsLAXs和OsPGPs在NIP中均受生长素强烈诱导,而在osarfl6突变体中的上调程度不明显；说明生长素处理条件下,OsARF16的敲除影响生长素运输载体的表达,减缓生长素极性运输,导致对生长素不敏感。磷是植物生长发育的大量必需元素。osarf16磷含量显著高于NIP,而施加外源生长素同样可以提高野生型NIP植株对磷的吸收量,说明osarf16体内较高生长素含量有助于磷吸收。磷饥饿诱导水稻根系生长,地上部生物量减少,促进Fe吸收；osarfl6在缺磷条件下,根冠比没有明显升高,铁含量不上升；说明OsARF16敲除使植株丧失对磷饥饿响应且破坏铁磷平衡。缺磷诱导OsARF16基因在根毛和侧根中大量表达,而OsARF16敲除后根毛和侧根发育几乎不被缺磷诱导；表明OsARF16是缺磷响应的关键基因,缺磷条件下水稻根系表型的改变依赖于OsARF16正常表达。进一步研究显示磷饥饿条件下、6个缺磷强烈诱导基因在osarf16中,上调不显著,说明OsARF16敲除影响了这些磷信号关键基因的诱导表达,磷信号的产生和传递被严重削弱,使突变体表现出磷饥饿不敏感表型。综上所述,我们的研究首次阐明了OsARF16在水稻生长素和磷饥饿应答中都具有重要的调控作用,为生长素和磷饥饿应答的互作提供了新的分子生物学和生理学证据；为揭示这两个信号的共同调控机制奠定了理论基础。此外,OsARF16的生物学功能被进一步研究在糖吸收与代谢中：OsARF16的敲除破坏了植株体内糖平衡,并减轻高浓度糖对植株生长的抑制；还发展了与OsARF16互作的生长素早期响应基因OsIAA8的超表达和OsIAA8promoter::GUS遗传材料；该研究将促进以OsARF16为核心的生长素和磷饥饿响应调控网络的完善。