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本研究以麻疯树(Jatropha curcas L.)为实验材料,比较分析了缺磷胁迫对麻疯树幼苗净光合速率(Pn)等生理指标的影响,利用数字基因表达谱技术(DGE)分析了缺磷胁迫2h、2d、4d和16d这四个时间点的表达谱,得到如下结果:
1.与对照植株相比,缺磷处理植株叶片Pn保持在对照的90%左右;气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)在处理2d后显著增加:Gs上升20%~40%,Ci升高4%~16%;蒸腾速率(Tr)变化不大;处理17d后,植株干重下降3%,P含量下降55%~85%。
2.缺磷处理条件下麻疯树不同组织基因表达的主要变化如下:
(1)根中与磷酸盐吸收相关的3个PHT1、4个有机酸合成与分泌相关基因、1个APase基因、4个RNS1上调表达;负责磷酸盐向地上部运输的3个PHO1上调表达,协助甘油-3-磷酸跨膜的1个GIPt表达量增加;2个PPase基因、1个肌醇六磷酸酶基因和2个核酸酶基因在缺磷胁迫2d时表达量上升,可能有利于加快细胞内磷酸盐的循环再利用效率。
(2)茎韧皮部中参与磷酸盐运输和再分配的3个PHO1和1个GlPt表达上调;1个PPase基因、1个肌醇六磷酸酶基因、3个PAPase基因和3个核酸酶基因分别在缺磷胁迫4d和16d时上调表达。
(3)叶片中1个PHO1、1个叶绿体磷酸盐转运蛋白基因、2个线粒体磷酸盐转运基因上调表达;参与糖脂合成的2个MGDG合成酶A基因和1个DGDG合成酶2基因、参与硫脂合成的1个SQD1和1个SQD2以及参与磷脂降解途径的2个磷脂酶基因在缺磷胁迫2d后开始上调表达,参与胞质内磷酸盐循环再利用的2个PPase基因、1个肌醇六磷酸酶基因、1个PAPase基因和3个核酸酶基因也是从缺磷胁迫2d开始上调表达。
(4)各个组织中大部分糖酵解途径相关基因上调表达,旁路途径所涉及的3个重要的酶基因UGPase基因、PPi-PFK基因和PPDK基因均有不同程度的上调表达;3个组织共同响应缺磷胁迫的TF基因有22个,根、茎韧皮部和叶片中特异响应的基因分别有15个、7个和10个。
本论文的研究结果初步分析了麻疯树不同组织在缺磷胁迫进程中差异基因的表达谱,从差异表达基因中确定磷胁迫相关候选基因,为揭示麻疯树适应低磷分子生物学机制,以及对我国生物质能源产业的推广打下了良好的理论基础。