《水通道蛋白調控水稻二氧化碳運輸的機制研究》是朱毅勇為項目負責人，南京農業大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水通道蛋白調控水稻二氧化碳運輸的機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱毅勇
- 依託單位：南京農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大氣中CO2濃度升高是造成氣候變暖的主要原因，如何提高植物對CO2的吸收與利用，不僅對降低大氣中CO2含量具有重要的意義，同時對促進光合作用，提高作物產量也具有重要的理論研究價值。水通道PIP1家族蛋白對人體內CO2運輸具有重要作用，但在植物中發掘得很少。我們前期研究發現，水稻PIP1;2基因沉默後，光合作用過程中的葉肉導度明顯降低，提示了該蛋白對水稻葉片中CO2的運輸可能具有重要的影響。因此本項目擬利用酵母異源表達系統，分析PIP1家族蛋白對CO2運輸的能力。篩選PIP1;2基因沉默的單拷貝純合體植株，用同位素標記的14CO2示蹤方法來比較它與野生型在CO2吸收途徑與吸收量的差別，以明確其具體的生理作用。在此基礎上，建立該基因過表達植株，進一步驗證其在促進水稻CO2吸收中的效果。本項目對於農業生產中促進光合作用提高作物產量以及在巨觀尺度上減少大氣中CO2均具有重要的理論研究與套用價值。
結題摘要
本項目通過對水稻葉片中一個運輸CO2的水通道蛋白的研究，達到了促進水稻自身增強葉片中二氧化碳運輸，提高光合作用，並最終提高作物產量的目的，這對於將來利用植物來固定大氣中過多的二氧化碳同樣具有重要的意義。因此，本項目的研究結果具有重要的套用前景。 我們的研究在世界上首次從農作物水稻中篩選並證實了OsPIP1;2具有運輸二氧化碳的功能。在本項目中我們分析了日本晴水稻的OsPIP1;2的功能，構建了該基因超表達及沉默株系，篩選了T-DNA插入的ospip1;2冬粳的突變體。在此基礎上，我們測定了各個株系的生理指標，並通過田間試驗對產量進行驗證。結果如下： 1、通過生物信息學分析，OsPIP1;2定位於4號染色體，由三個外顯子和兩個內含子組成，開放閱讀框全長867 bp，編碼289個胺基酸。 2、啟動子融合GUS報告基因結果表明，OsPIP1;2在葉片表皮、葉肉細胞、韌皮部、根表皮、側根、中柱細胞、花葯和胚中都有表達。OsPIP1;2在水稻原生質體的細胞膜及葉綠體均有定位，在水稻苗期及成熟期的各個器官均有表達，在葉片中表達最高。 3、OsPIP1;2超表達水稻與野生型、突變體相比，葉片氣孔大小、密度沒有差異，但是，超表達株系淨光合速率、葉綠體CO2濃度、氣孔導度及葉肉導度顯著高於野生型，突變體顯著低於野生型。超表達株系葉片Rubisco酶相關基因及酶活性顯著高於野生型，突變體低於野生型。 4、田間試驗結果表明，在水稻生長的揚花期、灌漿中期及灌漿末期，OsPIP1;2超表達水稻葉片淨光合速率均高於野生型水稻，同時超表達水稻植株體內總碳、總氮積累量也顯著高於野生型。OsPIP1;2超表達水稻有效穗數及穂粒數均顯著增加，產量顯著高於野生型。 綜上所述，水稻水通道蛋白OsPIP1;2具有調控水稻葉片二氧化碳運輸的功能，因此超表達該基因可以通過促進水稻葉片二氧化碳運輸，提高葉綠體CO2濃度，增強水稻光合速率，並促進光合產物向根系轉運提高水稻根系生長，從而吸收更多的土壤養分，最終提高水稻產量。
