蛋白磷酸酶HAD調控大豆根系回響磷營養變化的分子解析

《蛋白磷酸酶HAD調控大豆根系回響磷營養變化的分子解析》是依託華南農業大學，由田江擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：蛋白磷酸酶HAD調控大豆根系回響磷營養變化的分子解析
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：田江
• 依託單位：華南農業大學

項目摘要

蛋白磷酸酶具有催化蛋白脫磷酸化的功能，但是其參與植物適應低磷脅迫的生物學功能鮮有報導。申請者前期通過抑制縮減雜交庫，在磷高效菜豆基因型上篩選到對低磷脅迫強烈回響的新型蛋白磷酸酶PvPS2:1(PvHAD1)；超量表達PvHAD1提高了轉基因菜豆毛根和擬南芥的磷效率，說明該基因家族可能是解釋豆科作物磷高效的分子機理之一。本項目將在現有的研究基礎上，以基因組測序完成的、我國重要的豆科作物大豆為研究對象。研究大豆HAD基因家族對外源磷營養的回響。選取對低磷脅迫回響、根系特異表達GmHAD1，利用酵母雙雜交技術篩選與其互作的蛋白；通過本實驗室已建立的大豆毛根和整株轉化技術平台，從根系和植株水平研究GmHAD1對提高大豆磷效率的貢獻，以期解析蛋白磷酸酶GmHAD調控大豆回響磷營養變化的分子機理，為培育磷高效的大豆品種提供候選基因和理論基礎。

結題摘要

磷是植物所必需的大量元素之一，在植物的生長發育中發揮著重要的作用。土壤中有效磷缺乏已經成為限制作物生長發育的主要因素。以往的研究表明，作物提高根系酸性磷酸酶活性是作物適應低磷脅迫的重要機制之一。本項目以編碼新型酸性磷酸酶，High halogen acid dehydrogenase 1 ( HAD1) 家族為研究對象，在大豆中克隆了GmHAD1家族的10個成員。通過定量PCR分析了低磷脅迫對GmHAD1家族成員在大豆不同部位表達模式的調控。在此基礎上，選取在大豆葉和根中受低磷脅迫顯著增強表達較高的GmHAD1-2為候選基因，進一步研究其酶學的特性和參與調控作物磷效率的生物學功能。主要研究結果表明，低磷脅迫顯著加強GmHAD1家族成員在大豆葉、根、花和豆莢等不同器官的表達。尤其是 GmHAD1-2、 GmHAD1-4、GmHAD1-6 和 GmHAD1-7的表達量在大豆中被低磷脅迫上調了10倍以上。通過大腸桿菌的融合表達系統，純化獲得了GmHAD1-2:GST融合表達蛋白。酶學性質的分析結果表明，GmHAD1-2對對硝基苯磷酸環己胺（ρ-NPP）和磷酸化的絲氨酸具有較高的水解酶活性，說明GmHAD1-2兼有酸性磷酸酶和蛋白磷酸酶的酶學性質。通過對GmHAD1-2的RNAi轉基因大豆複合植株的研究，發現抑制GmHAD1-2表達顯著抑制了大豆複合植株的生長和磷含量。對超量表達GmHAD1-2的轉基因擬南芥的分析結果表明，在供磷條件下，超量表達GmHAD1-2的兩個株系的鮮重分別比野生型提高了約40%和37%，側根長提高了約100%和70%。而且，超量表達GmHAD1-2的株系的磷含量顯著高於野生型。在此基礎上，我們結合雙向電泳技術和磷酸化蛋白的染色技術，比較了野生型和超量表達GmHAD1-2轉基因株系磷酸化蛋白譜的變化。結果顯示，與野生型相比，超量表達GmHAD1-2顯著改變了擬南芥磷酸化蛋白譜。其中，有8個蛋白點在轉基因株系中的磷酸化水平顯著低於野生型。這些結果表明GmHAD1-2是新型的蛋白磷酸酶，通過控制根系的生長，參與調控植物磷效率的生物學功能。