擬南芥硼轉運體BORx在花粉萌發與生長中的功能研究

《擬南芥硼轉運體BORx在花粉萌發與生長中的功能研究》是依託首都師範大學，由包方擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：擬南芥硼轉運體BORx在花粉萌發與生長中的功能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：包方
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

硼是植物生長發育必需的微量元素，尤其對育性至關重要。土壤含硼量是世界範圍內農作物產量的重要限制因素之一。近年的研究證明擬南芥BOR家族中的BOR4和BOR1是根中的硼酸轉運體，分別參與硼從根細胞外排和向木質部運輸；不同硼酸轉運體表達的組織特異性決定硼在植物體內的分配,影響植物對硼脅迫的耐受性。目前關於植物生殖發育過程中硼的吸收與分配的分子研究尚屬空白。前期研究中，我們篩選到一個育性降低的擬南芥突變體，經圖位克隆確定是由於BOR家族中一個成員（暫命名為BORx）發生隱性突變所致，初步證明BORx定位於質膜，具硼轉運體的功能，在成熟花粉中特異表達。擬採用遺傳、細胞、生化等技術，鑑定相關突變體的表型及其對高/低硼脅迫的應答，分析BORx基因表達於蛋白定位所受調控的特點，並以BORx為切入點，研究擬南芥在花粉管發育等過程中對高/低硼脅迫的分子應答機制，為硼的高效利用或抗硼毒害育種提供理論基礎。

結題摘要

硼是植物細胞壁的必要組分，為生長所必需。近年的研究證明擬南芥BOR家族中的部分成員具有硼外向轉運體的功能，參與硼的吸收，花粉管發育以及對高硼脅迫的耐受等。作為最早的陸生植物，苔蘚的細胞壁成分與開花植物不同，其對於硼的需求以及對細胞內硼含量穩態的調控尚不清楚。為探究苔蘚植物中AtBOR1同源基因的功能，我們選用模式植物小立碗蘚進行研究。 小立碗蘚基因組中有2個AtBOR1同源基因，PpBOR1 和PpBOR2。兩個基因均只在莖葉體時期表達，且在莖葉體下端和假根處表達量最高。而PpBOR2的mRNA水平遠高於PpBOR1。 我們利用酵母突變體研究PpBOR1 和PpBOR2是否具有外向轉運硼的活性。酵母scbor1突變體由於BOR1基因的缺失，無法將多餘的硼向細胞外排出，因而不能在高硼培養基上生長。而在scbor1突變體中分別異源表達PpBOR1 或 PpBOR 2基因均可以使該突變體恢復在高硼培養基上的生長，說明PpBOR1 和 PpBOR2具有外向轉運硼的活性。 為研究PpBOR1 和PpBOR2的功能，我們分別構建了兩個基因的過表達和定點敲除突變體。本實驗室條件下，野生型小立碗蘚在硼酸濃度為500 μM以下時生長無異常，100-500 μM的硼甚至促進莖葉體生長；而當硼酸濃度達到800 μM時表現出葉片向下捲曲的脅迫症狀，1000μM時植株生長受到嚴重抑制。PpBOR1 過表達突變體在200 μM硼處理時即表現出葉片捲曲的症狀。反之，PpBOR1缺失突變體在800 μM時，與野生型相比，表型卻不明顯。PpBOR2相關突變體的表型則相反：PpBOR2缺失突變體在200 μM硼處理條件下生長已經受到顯著抑制，而其過表達突變體對高濃度硼的耐受則高於野生型。 根據上述結果，可初步得出以下結論：1、儘管苔蘚類植物細對硼酸的需求較低，但適當範圍（100-500μM）的硼酸仍具有促進生長的作用；2、小立碗蘚基因組中的兩個AtBOR1同源基因PpBOR1和2主要在小立碗蘚莖葉體的假根和莖葉體下端表達，調節硼的吸收與外排；而小立碗蘚的原絲體階段可能仍主要通過自由擴散進行硼的吸收；3、小立碗蘚基因組中的PpBOR1 與PpBOR2 基因編碼的蛋白具有硼轉運體的活性；4、PpBOR1主要參與硼的吸收，而PpBOR2則與髙硼耐受有關。 研究結果正處於數據整理與論文寫作中。