水稻OsPT8蛋白在磷转运与抗病信号途径中的功能研究

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从环境中吸收营养元素和对病原体的防御反应是植物生存中不可缺少的两个生理过程。然而,它们的分子信号传导通路之间存在什么模式的相互作用仍然很大程度上未知。磷(Phosphorus,Pi)是植物正常生长发育和新陈代谢所需的大量营养元素之一,在植物各种生理过程中都起到关键作用,磷元素涉及植物体内各类重要物质的合成与分解,能量物质的转移以及生物信号的传导。然而在实际农业生产中,作物对磷的有效吸收一直是个难题,可利用磷营养在土壤中分布不均,而且难以移动,通常需要额外施加磷肥才能保证植物的良好生长。但磷肥的施放往往会造成环境特别是水体的污染。人们一直渴望能培育磷吸收能力强的作物改变这一难题。水稻是世界上半数以上人口的重要主食,水稻病害严重威胁水稻生产,安全有效控制水稻病害是严峻的全球性问题。BWMK1是水稻中的丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK),正调控植物对病原菌的抗性。我们在以前的实验中以BWMK1为诱饵,筛选得到了BWMK1互作蛋白OsPT8,OsPT8是磷酸转运蛋白Pht1(Phosphate transporter 1)家族的成员。本论文对OsPT8在磷转运和抗病分子信号途径中的功能进行了研究,主要研究结果如下:1.利用酵母双杂交、GST pull-down和LCI(LUC(Firefly luciferase)complementation imaging)实验证明了OsPT8和BWMK1存在体内和体外的特异性互作。构建了OsPT8基因的过表达(OX)和RNAi植株用于研究OsPT8在水稻中的功能,发现BWMK1基因的表达量在OsPT8-OX植株中会被抑制;2.不同磷浓度水培实验发现OsPT8过表达植株的株高在低磷条件下要比对照组高,但随着磷浓度的提高,OsPT8过表达植株的株高会变矮。在正常磷和高磷条件下,对照组则会有更高的株高。大田实验发现OsPT8过表达植株在低磷条件下提高了水稻的株高、穗长和实粒率,分别提高了4.4%、8.0%和4.9%;3.检测OsPT8过表达植株在低磷和正常磷浓度条件下,磷过量吸收相关基因OsPHR2的转录水平变化,发现随着磷浓度的升高,OsPT8过表达植株根部的OsPHR2转录水平会上调;4.利用稻瘟病菌和白叶枯病菌接种以及chitin和flg22处理野生型日本晴植株或者离体叶片,发现OsPT8基因的转录水平会被病原菌、chitin和flg22抑制。接种病原菌后,发现BWMK1基因的表达量在OsPT8-OX植株中会被抑制;5.以野生型日本晴做对照,对OsPT8转基因植株进行病原菌接种实验,发现过表达OsPT8基因会降低水稻对真菌以及细菌抗病性;6.检测了OsPT8转基因材料中各抗病基因在接种前后的表达变化,结果表明过表达OsPT8基因会抑制相关抗病正调控基因的转录水平;7.用chitin和flg22水溶液处理了OsPT8转基因植株的叶片,并检测PTI(Pathogen-associated molecular pattern(PAMP)-triggered immunity)相关基因的转录水平变化,发现过表达OsPT8基因会抑制相关抗病正调控基因的转录水平;这些结果表明OsPT8在水稻的抗病和生长发育过程中发挥了重要作用,为深入研究水稻磷信号和抗病信号的交叉功能提供了线索。
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