《菊花Pht1家族質膜磷酸鹽轉運蛋白基因CmPTs克隆和功能解析》是陳素梅為項目負責人，南京農業大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：菊花Pht1家族質膜磷酸鹽轉運蛋白基因CmPTs克隆和功能解析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳素梅
- 依託單位：南京農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
菊花是中國十大傳統名花和世界四大切花之一，有很高的觀賞和經濟價值。磷是影響菊花生長發育、產量與品質的最重要營養元素之一。主栽切花菊品種磷利用率低下，生產上過度施用磷肥導致的土壤次生鹽漬化、水體環境污染，以及磷礦資源的日益枯竭等均對切花菊生產提出了嚴峻挑戰。為此，本申請項目擬從菊花中同源克隆Pht1家族質膜磷酸鹽轉運蛋白編碼基因CmPTs，通過生物信息學分析、基因時空表達特性、啟動子克隆與順式作用元件分析闡述其轉錄水平調控特性；對其蛋白修飾位點進行定點突變，通過酵母異源表達體系及亞細胞定位變化觀察初步闡述其功能；利用超表達和反義轉基因技術獲得CmPTs轉基因菊花，闡述不同基因家族成員對磷吸收與轉運調控的機制。本申請項目的實施可豐富菊花磷高效利用分子機理，並為培育磷高效利用菊花的生物技術育種提供基礎。
結題摘要
菊花為世界四大切花之一。磷缺乏會嚴重影響切花的質量和觀賞品質。切花菊設施周年生產中，普遍存在磷肥過度施用、利用率低和損失嚴重等，並導致水系統富營養化及土壤次生鹽漬化。為此，本研究從磷高效吸收菊花 ‘南農銀山’中克隆了CmPht1家族2個基因，命名為CmPht1;1和CmPht1;2（以下簡稱CmPT1和CmPT2），ORF分別為1596 bp、1602 bp，編碼532和534個胺基酸。CmPT1,CmPT2與已知的高親和磷轉運蛋白同源性為71.8～78.6%，73.94%～81.01%。CmPT1、CmPT2均包含12個跨膜區，以及Pht1家族磷轉運蛋白保守特徵序列GGDYPLSATIMSE。CmPT1在根中高表達，而CmPT2在莖中表達量較高，兩者在根中受低磷明顯誘導。CmPT1和CmPT2可回補酵母突變體磷吸收功能，為與質子相偶聯的運輸蛋白，其Km值分別為35.2 µM、19.3 µM，最大吸收速率分別為594 pmol Pi（mg yeast cells•min）-1、170pmol Pi (mg yeast cells•min)-1，說明CmPT1、CmPT2為高親和磷酸鹽轉運蛋白。對CmPT2蛋白關鍵修飾胺基酸位點進行了點突變，發現G75A，G80A，G84A，G222A，T239A，Y242A，N422A，T424A，G449A位點對CmPT2的磷酸鹽轉運功能十分重要。CmPT2及其突變子均定位在細胞膜上。CmPT1超表達菊花的株高較對照提高38.7%和35.5%，根系體積增加53.1%和66.7%，乾物質重增加37.1%和48.6%，植株磷含量增加1.39倍和1.72倍。低磷條件下，CmPT2超表達轉基因菊花根長較野生型增加50.0%和20.4%，根乾重增加2.71和2.50倍，側根數增加8.3%和26.4%；株高增加28.1%和31.2%，地上部乾重增加1.16倍和1.47倍。正常磷濃度條件下，CmPT2超表達株系的根長、根乾重、側根數、株高及地上部乾重較野生型差異不顯著。花期葉片中的總磷含量分別增加19.8%和8.0%，花中的總磷分別增加60.6%和24.6%，而根中低於對照，表明CmPT2在菊花磷吸收和轉運中發揮作用。培養研究生4名，發表SCI論文9篇，中文核心期刊3篇。獲華耐園藝科技獎和江蘇省農業技術推廣獎二等獎各1項。
