改變磷轉(zhuǎn)運蛋白基因OsPT8的表達對水稻種子植酸和中微量元素含量的影響.pdf

1、磷作為植物必需的大量元素之一，在植物生長發(fā)育過程中起著重要作用。在植物種子形成過程中，由于其積累的磷素養(yǎng)分超過了細胞代謝所需，因此高等植物將這些過剩的磷合成為植酸。大量研究表明，植酸可與鈣、鎂、鐵、鋅等金屬元素絡合，最終以植酸鹽的形式儲存在作物籽粒中，因此植物種子中的磷含量與其他金屬元素含量有密切關系。
　　以往對于植酸的研究主要是一些體外試驗，而對水稻種子中植酸的研究主要集中在通過改變植酸合成途徑關鍵基因降低植酸含量，以改善稻米

2、品質(zhì)和中微量元素的生物有效性。如通過干擾肌醇或肌醇磷酸鹽的代謝，而并非通過干擾磷的代謝過程獲得低植酸種子。本實驗室以往的研究表明磷轉(zhuǎn)運蛋白基因OsPT8參與了水稻整個生育期的磷酸鹽吸收與轉(zhuǎn)運，尤其在發(fā)育后期能通過對植物體內(nèi)磷酸鹽轉(zhuǎn)運的調(diào)控影響磷從營養(yǎng)器官向生殖器官的轉(zhuǎn)運，是研究水稻籽粒灌漿、營養(yǎng)、品質(zhì)等生理參數(shù)的重要基因。然而，OsPT8基因?qū)λ痉N子中植酸和中微量元素的影響尚不清楚。本試驗應用胚乳特異啟動子（GluB-1）和地上部特異

3、啟動子（RISBZ1）在水稻中選擇性地沉默OsPT8的表達（分別命名為EnSRi和SSRi），并結合本實驗室已有的OsPT8超表達材料(Oe)，研究改變OsPT8基因的表達對水稻種子中的植酸和中微量元素的影響。具體研究結果如下:
　　1.對地上部特異沉默材料SSRi、胚乳特異沉默材料EnSRi和OsPT8超表達材料Oe種子中總磷含量變化分析發(fā)現(xiàn)，OsPT8在地上部和胚乳中特異性的沉默降低了單粒種子中總磷的含量，但磷濃度與野生型相比

4、沒有顯著差異。對植酸含量變化的分析發(fā)現(xiàn)，植酸的含量與種子中總磷的含量變化并非呈一致性。在種子灌漿期，過量表達OsPT8使過多的磷積累在種子中，抑制了植酸的合成，其種子中植酸磷濃度與野生型相比降低了6％～13％;而地上部沉默OsPT8抑制了磷從營養(yǎng)器官向生殖器官的再轉(zhuǎn)移，則促進了植酸的合成，其植酸磷含量比野生型提高了8.7％;只在胚乳中沉默OsPT8，對磷向種子中的轉(zhuǎn)運和植酸的合成無顯著影響。
　　2.為了更好的了解改變OsPT8基

5、因的表達對種子中植酸合成產(chǎn)生的影響，我們通過分子水平檢測了材料中的植酸合成途徑中關鍵基因的變化。對地上部沉默材料SSRi后期種子（揚花后第28天）中OsPT8基因及植酸合成的關鍵基因定量檢測發(fā)現(xiàn)，OsPT8基因沉默效果顯著，與野生型相比下調(diào)71％～96％。植酸合成關鍵基因肌醇-1-磷酸合酶基因（R1NO1）、1，3，4-肌醇三磷酸-5/6-激酶基因（OsITP5/6K-4、1，3，4，5，6-肌醇五磷酸-2-激酶基因（OsIPK1）與野

6、生型相比均明顯下調(diào)，其中RINO1與野生型相比下調(diào)22％以上;OsITP5/6K-4比野生型下調(diào)約40％，OsIPK1與野生型相比下調(diào)40％～80％;而胚乳特異沉默材料EnSRi前期種子（揚花后第14天）中OsPT8沉默效果顯著達55％～80％，而前期植酸合成酶基因RINO1、OsITP5/6K-4、OsIPK1與野生型相比均顯著上調(diào)，其中RINO1、OsITP5/6K-4均比野生型上調(diào)3-4倍，OsIPK1上調(diào)2-3倍;胚乳特異沉默材

7、料EnSRi后期種子中OsPT8的表達量與野生型相比并沒有顯著地沉默效果，植酸合成關鍵基因與野生型相比亦沒有顯著差異。
　　3.為了研究改變OsPT8基因的表達對水稻種子中微量元素的影響，我們對三個不同材料中的鈣、鎂兩種中量元素和鐵、鋅、銅三種微量元素含量進行測定。材料中鐵、鋅含量分析表明水稻種子中鐵含量與鋅含量呈正相關，這種相關性不受磷與植酸磷含量的影響;SSRi材料中植酸的合成效率顯著提高后，鐵含量也顯著提高，鐵濃度比野生型高

8、出41％以上;EnSRi材料中植酸的合成效率沒有顯著差異，EnSRi材料中鋅與鐵的含量與磷含量呈負相關關系，植酸和總磷的濃度變化顯示與野生型有一定差異，而植酸磷占總磷的比例沒有變化;過量表達OsPT8種子中鐵與鋅含量分析表明，植酸含量降低的時候，鐵與鋅含量與野生型相比沒有顯著降低，維持了動態(tài)平衡;對鎂含量的分析發(fā)現(xiàn)，SSRi與EnSRi水稻種子中植酸含量豐富時，鎂含量與植酸含量成正比，其中SSRi材料中鎂濃度比野生型上升39％以上，En