OsLIR1参与水稻碳磷平衡的机制研究

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植物养分吸收、转运与利用都受到植物内源周期节律的调控。本研究通过分析水稻磷信号中心调控因子PHR2基因超表达植株OsPHR2(O)与RNAi干涉植株OsPHR2(RI)基因芯片数据,筛选到一个与植物内源节律相关的基因OsLIR1,该基因在OsPHR2(O)转基因材料中,表达受到抑制,而在OsPHR2(RI)转基因材料中变化不明显。通过对其基因功能的研究,得到以下结论:   1、水稻OsLIR1基因表达受光周期调控,在光照结束时表达最高,黑暗条件下表达逐渐降低,并在次日光照前达到最低值;该基因在叶片中呈高丰度表达,在根里表达则相对较低;叶与根中,其表达均受到缺磷抑制,尤其在根中抑制强烈。   2、通过OsLIR1::GFP融合蛋白在洋葱表皮与烟草叶中的瞬时表达得知该蛋白定位于质体与叶绿体;分析OsLIR1基因启动子接GUS报告基因的转基因材料表明,其在根尖,根的皮层细胞,茎的皮层细胞以及叶肉细胞,穗的颖壳中均有表达。   3、35S接OsLIR1基因超表达与RNAi干涉转基因植株表现为生长受到抑制,花粉活力降低,结实率减少和叶尖早衰的现象。   4、对OsLIR1基因超表达与RNAi干涉植株体内磷含量的测定发现,其有效磷与全磷较野生型均有显著升高,表现为磷积累。在正常供磷下,定量PCR分析表明:OsLIR1增强与干涉转基因植株中磷酸盐转运体OsPT2、OsPT6、OsPT8和OsPT9的表达均上调,磷信号响应基因OsSQD2、OsPAP10、OsIPS、OsPH02的表达变化不显著,除了OsmiR399d在低表达点与高表达点均受抑制。   5.测定OsLIR1基因超表达植株与RNAi干涉植株体内淀粉和蔗糖含量,得知在光照前,OsLIR1增强与干涉转基因植株淀粉与蔗糖含量与野生型相比均显著升高。在光照结束时,转基因株系的蔗糖和淀粉含量与野生型相比无明显差异,结果显示该基因可能参与调控叶中瞬时淀粉在夜间的降解。   6.通过分析OsLIR1基因超表达植株与RNAi干涉植株中植物内源节律基因OsCCA1,OsTOC1,OsPCL1的表达,发现夜晚基因OsTOC1,OsPCL1的表达振幅在OsLIR1增强与干涉转基因株系中显著降低,而早晨基因OsCCA1的表达则没有受到影响。因此认为该基因可能处于植物内源节律调控系统的夜晚反馈环中,对夜晚基因的表达具有调控作用。   OsLIR1基因作为植物内源节律基因,参与了植物体内的碳平衡和磷平衡,因此研究该基因的功能对我们研究周期节律与碳磷平衡之间的关系有着重要的意义。
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