【摘要】：線粒體磷轉(zhuǎn)運蛋白對冬小麥吸收和轉(zhuǎn)運磷營養(yǎng)有重要的作用。為了更好地了解這種蛋白在植物體中的功能,番茄線粒體磷轉(zhuǎn)運蛋白SlPht3基因被克隆并且通過基因槍技術用線性基因最小表達框轉(zhuǎn)入冬小麥中,在水培和田間試驗的不同磷處理條件下驗證其在轉(zhuǎn)基因小麥中對磷營養(yǎng)的響應。生物信息學分析表明,番茄線粒體磷轉(zhuǎn)運蛋白SlPht3基因有1074個堿基,編碼358個氨基酸,有六個跨膜域,其中有三個是保守跨膜域,定位于線粒體內(nèi)膜上。半定量RT-PCR表明番茄線粒體磷轉(zhuǎn)運蛋白SlPht3基因在轉(zhuǎn)基因小麥中穩(wěn)定表達,Southern印跡表明SlPht3基因在小麥中的拷貝數(shù)不同,屬于低拷貝插入,而且在小麥基因組中的整合形式也不同。水培條件下,磷缺乏時,根據(jù)生物量的測定結果知,番茄線粒體磷轉(zhuǎn)運蛋白SlPht3基因的表達促進了轉(zhuǎn)基因小麥地上部的生長和根的發(fā)育；根據(jù)根系掃描的結果顯示,SlPht3基因的表達使轉(zhuǎn)基因小麥總根長、根總的表面積和投影面積明顯增加；根據(jù)生理生化的測定結果顯示,番茄線粒體磷轉(zhuǎn)運蛋白SlPht3基因的表達提高了轉(zhuǎn)基因株系根的活力、根部和地上部酸性磷酸酶的活性,也可能加強了養(yǎng)分從根部向地上部的運輸,轉(zhuǎn)基因株系OE-G和OE-T地上部的全氮含量明顯高于野生型,而根部的全氮含量與野生型冬小麥相比,差異極顯著,轉(zhuǎn)基因株系OE-O和OE-T的地上部全磷含量明顯高于野生型,而根部明顯低于野生型。而磷充足時,番茄線粒體磷轉(zhuǎn)運蛋白SlPht3基因的表達增加了轉(zhuǎn)基因小麥OE-O和OE-T的根重、根總長、根的總表面積和根的總投影面積。田間試驗條件下,磷缺乏時,番茄線粒體磷轉(zhuǎn)運蛋白SlPht3基因的表達增加了小麥在孕穗期的SPAD值和收獲期的生物量,尤其是轉(zhuǎn)基因株系OE-O和OE-T的產(chǎn)量明顯增加。不同磷處理條件下,轉(zhuǎn)基因株系OE-O和OE-T的秸稈中全磷含量明顯增加；轉(zhuǎn)基因株系OE-O籽粒中全磷的含量明顯增加。綜上所述,磷缺乏時,番茄線粒體磷轉(zhuǎn)運蛋白SlPht3基因的表達可促進轉(zhuǎn)基因小麥根結構發(fā)生變化,增加根活力和酸性磷酸酶的活性,提升小麥的光合能力,同時在磷的運輸方面起著重要的調(diào)節(jié)作用。磷充足時,番茄磷轉(zhuǎn)運蛋白SlPht3基因的表達同樣可促進轉(zhuǎn)基因小麥OE-O和OE-T的根結構發(fā)生變化以及有利于養(yǎng)分在轉(zhuǎn)基因小麥中的運輸。
[Abstract]:Mitochondrial phosphorous transporter plays an important role in the absorption and transport of phosphorus nutrition in winter wheat. In order to better understand the function of this protein in plant, the SlPht3 gene of tomato mitochondrial phosphorous transporter was cloned and transferred into winter wheat with linear gene minimal expression frame by gene gun technique. The response to phosphorus nutrition in transgenic wheat was tested under different phosphorus treatments in water culture and field trials. Bioinformatics analysis showed that tomato mitochondrial phosphorous transporter SlPht3 gene had 1074 bases encoding 358 amino acids and had six transmembrane domains three of which were conserved transmembrane domain and located on the mitochondrial intima. Semi-quantitative RT-PCR showed that tomato mitochondrial phosphorous transporter (SlPht3) gene was stably expressed in transgenic wheat. Southern blot showed that SlPht3 gene had different copy number in wheat and belonged to low copy insertion. And the form of integration in the wheat genome is also different. Under the condition of hydroponic culture, under the condition of phosphorus deficiency, according to the results of biomass measurement, the expression of SlPht3 gene of tomato mitochondrial phosphorous transporter promoted the growth of shoot and the development of root of transgenic wheat. The results of root scanning showed that the expression of SlPht3 gene significantly increased the total root length, root surface area and projection area of transgenic wheat. According to the results of physiological and biochemical tests, the expression of SlPht3 gene of tomato mitochondrial phosphorous transporter increased the activity of roots, the activity of acid phosphatase in root and shoot, and the transport of nutrients from root to shoot. The total nitrogen content in shoot of transgenic lines OE-G and OE-T was significantly higher than that of wild type, while the total nitrogen content in root was significantly higher than that in wild type winter wheat. The content of total phosphorus in shoot of transgenic lines OE-O and OE-T was significantly higher than that of wild type, but the content of total phosphorus in root was significantly lower than that in wild type. When phosphorus was sufficient, the expression of SlPht3 gene increased the root weight, total root length, root surface area and total projection area of transgenic wheat OE-O and OE-T. Under the condition of field experiment, the expression of SlPht3 gene increased the SPAD value of wheat at booting stage and the biomass at harvest stage, especially the yield of OE-O and OE-T in transgenic lines. Under different phosphorus treatments, the total phosphorus content in the straw of the transgenic lines OE-O and OE-T was significantly increased, and the total phosphorus content in the grain of the transgenic line OE-O was obviously increased. In conclusion, the expression of SlPht3 gene in tomato mitochondria during phosphorus deficiency could promote the change of root structure, increase the activity of root and acid phosphatase, and enhance the photosynthetic ability of transgenic wheat. At the same time, it plays an important regulatory role in the transport of phosphorus. When phosphorus was sufficient, the expression of SlPht3 gene could also promote the change of root structure of OE-O and OE-T and the transport of nutrients in transgenic wheat.
【學位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S512.1

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