PmPT3基因植物遗传转化及耐低磷分析

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磷是植物生长发育不可或缺的营养元素之一,但土壤有机磷不能直接被植物吸收利用。马尾松(Pinus massoniana)是我国松属类分布最广的针叶树种,在缺磷严重的地区,有的马尾松种质展现出良好的适应生存能力。前期研究发现,马尾松磷转运蛋白基因在低磷胁迫下发挥了重要的调控作用。本文构建了PmPT3基因的植物超表达载体,分别转化拟南芥(Arabidopsis thaliana)及毛白杨(Populus tomentosa),对转基因植株开展低磷胁迫抗性研究,旨在进一步揭示PmPT3基因的功能,并为耐低磷新种质的创制提供参考。主要结果如下:1、转PmPT3基因植株的获得构建马尾松PmPT3基因超表达载体p BWA(V)HS-PmPT3,采用花序浸染法转化拟南芥及叶盘法转化毛白杨,共获得4株T3代转基因拟南芥纯合株系,9株转基因毛白杨株系。2、低磷胁迫对转PmPT3植株生物量的影响低磷胁迫下,转基因拟南芥及毛白杨的地上部干重较野生型相比分别增加了45.46%、37.76%,根干重增加了55.56%、50.69%,总干重增加了46.15%、36.67%;根冠比都大于正常供磷条件下的植株,表明低磷胁迫对植株地下部分的抑制作用小于地上部分。3、低磷胁迫下转PmPT3植株对磷吸收的影响在低磷胁迫条件下,与野生型相比,转基因拟南芥的地上部和根部总磷含量分别提高1.26倍和1.74倍,无机磷含量分别提高1.38倍和1.89倍。转基因毛白杨的根、茎、叶的总磷含量分别提高1.87倍、1.31倍、1.72倍,无机磷含量分别提高1.77倍、1.34倍、1.97倍。因此,PmPT3超表达能提高拟南芥和毛白杨对磷素的吸收利用。4、低磷胁迫下转PmPT3植株的抗氧化能力正常供磷时,野生型拟南芥及毛白杨同转基因植株的过氧化物酶(POD)、超氧化物酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量均差异不显著;低磷胁迫下,转基因拟南芥及毛白杨植株的POD、SOD、CAT活性均显著高于野生型植株,分别是野生型的2.17倍、1.59倍、1.81倍及2.85倍、1.48倍、2.36倍;降低了MDA含量,较野生型植株分别降低了47.58%及35.65%。因此,超表达PmPT3基因能增强植株保护酶活性,降低了MDA含量,进而增强耐低磷胁迫能力。5、低磷胁迫下转PmPT3植株的抗氧化能力在正常供磷条件下,野生型及转基因型拟南芥和毛白杨植株组织中的可溶性蛋白(SP)和可溶性糖(SS)含量无显著性差异。在低磷胁迫条件下,较野生型相比,转基因拟南芥的SP与SS含量分别提高了65.50%和54.54%,毛白杨中,分别提高了1.37倍和1.29倍。超表达PmPT3对可溶性蛋白和可溶性糖的积累产生了正向的影响,从而为植株的生长发育提供能量。6、低磷胁迫下转基因植株PmPT3基因的特异表达与正常供磷条件相比,处于低磷胁迫下的拟南芥转基因植株,其根部和地上部分中的PmPT3基因表达量显著上调,且在根部达到极显著水平。在转基因毛白杨植株中,PmPT3基因在根部、茎部、叶部均有上调表达,且在根部表达量最高,茎部次之,在叶部相对表达量较低。因此,该基因主要在植株的根部发挥主要作用,其次在茎部。
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