论文部分内容阅读
磷是植物生长发育所需最重要的大量元素之一。磷参与植物细胞的多种生理过程。虽然土壤中磷元素含量很高,但由于植物只能吸收无机磷,土壤中的无机磷常形成难溶复合物,土壤磷营养的有效性降低,因此植物生长发育经常遭遇低磷胁迫。研究已显示,ACS(ACC synthase,ACC合酶)可将S-腺苷甲硫氨酸催化为乙烯合成前体ACC(1-Aminocyclopropane-1-Carboxylate,1-氨基环丙烷-1-羧酸);ACC不仅是植物激素乙烯合成前体;而且ACC可以作为信号分子,将胁迫信号由根部传递到地上部分。但,ACS表达活性、ACC含量或者乙烯含量影响植物吸收或利用磷的机制尚需进一步研究。为了研究ACS表达活性对磷吸收和转运的影响,本研究利用PRA(Phosphate Relative ACS,PRA)表达活性不同的株系:pras和prat分别是2种T-DNA插入ACS同工酶基因,致其功能缺失的突变体,分别利用转基因方法创制的超表达Super1300-PRAS和Super1300-PRAT转基因株系PRAS-OE(PRAS over-expression)与PRAT-OE。分析各株系在缺磷条件的生长表型,结果显示:正常生长情况下,幼苗时期的根生长,各株系之间无差别。然而,在缺磷处理下,与WT,pras,prat和PRAS-OE与PRAT-OE相比,根伸长明显受到抑制。暗示:拟南芥幼苗主根生长受抑制可能与ACS活性改变有关。PRA表达活性与植株磷分布的组织特性关系:缺磷处理后,测定各植株中不同组织的全磷含量,发现PRAS-OE与PRAT-OE,尤其是PRAT-OE植株地下部分磷含量显著高于地上部分,而WT和突变体地上部分和地下部分磷含量趋于均衡。这些结果暗示,PRAS-OE与PRAT-OE在响应缺磷条件时,不仅主根伸长受到抑制,可能是由于PRAS和PRAT表达改变了拟南芥植株中磷的分布。为了揭示“根长被抑制,但根部磷积累增加”,进一步探究PRA活性改变后,ACC或者乙烯是否参与植株的缺磷响应。确定PRA响应植株缺磷的表达特点。首先分析PRA家族成员在缺磷条件下的转录活性。结果暗示,缺磷条件下,PRA家族中PRAS和PRAT在拟南芥幼苗缺磷胁迫应答中起主导作用。并利用组织化学染色的方法确定其在植株中的组织定位特异性。缺磷处理后,PRAS和PRAT在幼嫩真叶中表达量降低,在子叶中积累。根尖均无表达,维管组织中特异表达。接着,利用高效液相色谱-质谱(LC-MS)联用分别测定各株系缺磷条件下ACC的含量。结果显示:缺磷条件下,虽然各株系ACC含量均升高,但是PRAS-OE和PRAT-OE的ACC含量显著高于野生型。暗示:缺磷诱导拟南芥幼苗中PRAS和PRAT表达,近而导致ACC含量增高。随后,分析乙烯在缺磷条件下含量是否改变。利用组织化学染色与荧光定量分析发现,与WT相比,缺磷诱导PRAS和PRAT表达和乙烯含量无明显差异。此外,缺磷环境下,外源施加ACC或ACC合成抑制剂(aminoethoxy vinyl-glycine acid,AVG),拟南芥植株根中磷含量均显著积累,说明:植株响应缺磷需要适宜浓度ACC、而非乙烯调节植物体内磷素在根中分布特点。在低磷条件下,ACS表达对磷吸收与再分配的关系。在缺磷条件下,利用溴甲酚紫——酸碱指示剂的颜色变化,用以观察植物根部分泌酸性物质的含量,和对相关磷转运体生物信息学及转录活性的分析。缺磷条件下,ACC含量的改变不影响植物磷素的吸收。而PHT3;2的转录活性和蛋白活性均受到ACC含量的影响,说明ACC通过影响磷转运体PHT3;2的活性改变改变植物磷素从地下到地上的转运。总之,ACC在缺磷条件下通过影响磷转运体PHT3;2活性改变植物体内磷素的分布,进而应答缺磷胁迫刺激。为进一步探索ACC在缺磷胁迫下的调节机制奠定基础。