磷是植物体生长发育所必需的大量元素之一,但植物的根系只能吸收无机磷,为了克服土壤无机磷的不足,作物生长时需要施用大量的磷肥来满足生长所需。施用化学磷肥不仅极大地加重了农业的生产成本,而且直接导致水系富营养化而污染环境。由于长期过量施用磷肥,土壤中已经积累了一个巨大的潜在磷库,提高作物活化和自身利用土壤磷库的能力,使土壤磷库成为磷矿的替代资源,具有重大的生态与经济意义。当植物体处于缺磷时,植物体会发生一系列的应激反应,包括根构型的改变、磷信号途径的改变、体内磷代谢的改变和紫色酸性磷酸酶(Purple Acid Phosphatase,PAP)的分泌,其中紫色酸性磷酸酶的分泌可以帮助植物将不能吸收的有机磷转换可吸收态的无机磷,从而缓解植株的缺磷状况。本课题主要利用反向遗传学的技术,对水稻紫色酸性磷酸酶Ia亚家族中2个受缺磷强烈诱导的基因OsPAP10a和OsPAP10c进行表达调控与功能分析。定量RT-PCR分析表明,OsPAP10a基因在地上部分和根部的表达均受缺磷诱导,而OsPAP10c只在根部受缺磷特异诱导表达。利用OsPHR2超表达转基因植株、pho2突变体、OSSPXl的抑制表达材料,对OsPAP10a和OsPAP10c两个基因在转录水平和蛋白水平的表达进行分析,结果表明OsPAP10a和OsPAP10c基因的表达受到OsPHR2、OsPHO2和OsSPXl的调控。植株根部总蛋白经非变性的聚丙烯酰胺凝胶电泳分离及磷酸酶活性染色后,清晰地获得了3个酸性磷酸酶同工酶,分别为E1,E2,E3。其中E1所含的蛋白受缺磷显著诱导。通过蛋白质谱技术,对E1条带的蛋白进行分离获得了OsPAP10a,OsPAP10c二种紫色酸性磷酸酶,其中OsPAP10c蛋白量在缺磷的野生型植株根系的诱导丰度显著高于OsPAP10a.利用农杆菌介导的转基因技术,在水稻中超表达OsPAP10a的全长cDNA,获得16个OSPAP10a超表达植株,通过半定量RT-PCR分析后筛选了其中2个表达量高、遗传稳定的转基因株系Oe1和Oe2。植株酸性磷酸酶活性测定表明,缺磷条件下,对照及转基因水稻植株地上部分和根部的酸性磷酸酶活性、BCIP染色等都得到了显著的提高。转基因株系根表面酸性磷酸酶活性又显著地高于对照,说明超表达OsPAP10a显著地提高了水稻根表面的分泌性酸性磷酸酶活性。当以0.5mM ATP作为外界唯一的磷源时,生长有转基因植株的培养液中无机磷浓度显著地高于培养对照植株的培养液；同时,转基因植物体内总磷含量也显著地高于对照,证明超表达OsPAP10a的转基因水稻能很好地利用培养液中的ATP合成自身能吸收的无机磷。在土培实验中,超表达OsPAP10a的转基因水稻长势显著优于野生型植株,抽穗提前并具有更多的分蘖数OsPAP10c超表达材料10c-Oel,10c-Oe4的根表面酸性磷酸酶活性定性(BCIP染色)和定量(根表面酸性磷酸酶活性测定)的分析结果表明,与OsPAP10a蛋白一样,OsPAP10c具有外分泌的活性,而OsPAP10c蛋白的外分泌活性明显比OsPAP10a蛋白高。