《GmPAP4和GmPAP33調控大豆-AM共生體內磷再利用的生理和分子機制》是依託華南農業大學，由王秀榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：GmPAP4和GmPAP33調控大豆-AM共生體內磷再利用的生理和分子機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王秀榮
- 依託單位：華南農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大豆是重要的糧油兼用作物。高效吸收利用磷是提高大豆產量的重要途徑。叢枝菌根（AM）和紫色酸性磷酸酶（PAP）均對提高作物磷效率至關重要，然而，叢枝菌根能特異誘導缺磷植物部分酸性磷酸酶基因表達增強還鮮有報導, 其機理可能是參與了叢枝衰老降解過程中釋放的多聚磷和有機磷的代謝。本項目首先利用已獲得的GmPAP4和GmPAP33過量和干涉大豆轉基因株系，研究其調控大豆-AM共生體內磷水解再利用的生理機制；接著，通過細菌或酵母異源表達系統，明確其最適反應底物；並構建其啟動子融合GUS的表達載體，獲得整株轉化株系進行GUS和菌根結構染色的組織雙定位分析，揭示GmPAP4和GmPAP33在大豆中回響低磷和菌根信號的方式，從而闡明其調控大豆-AM共生體內磷再利用的生理和分子機制。本項目預期可發表高水平學術論文2-3篇，提交磷高效轉基因大豆新材料2-3份，培養研究生3-4名。
結題摘要
高效吸收利用磷是提高大豆產量的重要途徑。叢枝菌根（AM）和紫色酸性磷酸酶（PAP）均對提高作物磷效率至關重要，然而，叢枝菌根能特異誘導缺磷植物部分酸性磷酸酶基因表達增強還鮮有報導, 其機理可能是參與了叢枝衰老降解過程中釋放的多聚磷和有機磷的代謝。本項目首先Real-Time PCR技術分析了GmPAP4和GmPAP33在短、長期低磷誘導條件下不同部位對磷脅迫的回響。結果表明，GmPAP4和GmPAP33在低磷處理12天的幼葉、老葉和根部表達量最高，並且，其表達在AMF侵染的根中明顯增強，但表達受基因型和菌根真菌菌種影響較小。其次，通過根癌農桿菌介導的大豆子葉節整株轉化法成功獲得轉GmPAP33啟動子的整株轉化材料；通過接種AMF的染色結果顯示，在接菌和不接菌處理下，GmPAP33 在根、葉和花等多個組織中都有表達；對內皮層細胞的觀察發現，GmPAP33主要定位在含有叢枝的內皮層細胞內。而洋蔥和菸草葉表皮細胞的亞細胞定位研究發現，GmPAP33主要定位於細胞膜和胞質內。進一步利用昆蟲異源表達系統，獲得了有活性的GmPAP33蛋白，並進行了生化特性分析。結果表明，GmPAP33的最適底物為甘油磷脂酸，磷脂醯膽鹼、磷脂醯肌醇、磷脂醯絲氨酸、磷脂醯甘油。最適pH值為4.0，最適溫度為50°C。Mg2+，Mn2+對GmPAP33的酶活有促進作用，而一些陽離子會抑制其酶活。而轉基因大豆的土培試驗結果顯示，接種AM真菌顯著促進大豆生長，在加磷接種AM真菌處理時，過量表達GmPAP33能增加大豆的產量和吸磷量。與對照大豆WT相比，過量表達轉基因植株OE1和OE2的莢乾重分別增加了31.08%和30.95%。進一步對菌根侵染結構觀察發現，在野生型、過量表達和RNAi干涉株系中，叢枝結構大小比率存在顯著差異。通過對根部不同形態磷的測定發現，在接種AMF處理時，GmPAP33可能參與菌根內有機磷脂磷酸鹽的再利用。本項目在國際上首次揭示了紫色酸性磷酸酶參與菌根共生系統中叢枝降解的新功能，有較大的理論突破。本項目現已發表第一標註的高水平學術論文2篇，在投1篇；獲得可提交的磷高效轉基因大豆新材料2份，；申請了發明專利1項；培養碩士、博士研究生共4名。
