盐芥磷高效利用的生理以及分子机制

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目前土壤缺磷是全球普遍存在的问题,我国1.07亿公顷农田中大约有2/3严重缺磷,因此土壤缺磷成为了限制作物增产的主要原因之一。在低磷供应下,减少磷肥的大量施用同时维持可观的作物产量,需要通过生物工程的手段,提高天然植物耐受低磷胁迫的能力。研究那些天然适应低磷条件的植物种类,了解调节磷利用效率(PUE)的复杂机制,有助于识别新的磷高效相关的调控基因。这里,我们证明,低磷营养缺乏时,拟南芥的近缘盐生植物盐芥,比拟南芥所生产的生物量要多,吸收较多的磷,说明盐芥对于磷元素具有较高的吸收和利用能力。  为了进一步了解盐芥的这种高的磷利用效率,我们对盐芥和拟南芥两种植物进行了不同条件的处理,并且测量了一系列的分子和生理指标。结果表明,低磷胁迫下,我们并没有观察到磷饥饿诱导下盐芥根的增生,尤其显著的是,它的侧根和根毛受到了不同程度的抑制,而地上部分生物量变化不明显。盐芥根系分泌物如质子和磷酸酶,释放量增大,这样能够提高植物对环境中磷元素的获取量。  实验结果,还表明了受到磷营养胁迫时,盐芥的光合机器所含的叶绿素和淀粉含量较拟南芥要高。这说明盐芥的光合效率降低幅度要小,而且通过淀粉的累积来尽量的释放游离的磷,可供植物的代谢和循环利用,保证低磷下更多代谢途径的不被阻断。  花青苷作为磷胁迫的一种胁迫标志。在磷不足的情况下,盐芥的花青苷含量明显少于同等逆境下的拟南芥,胁迫症状要比拟南芥轻。在分子水平上,我们检测了盐芥中与拟南芥同源的部分胁迫响应基因At4和酸性磷酸酶ACP5的表达水平的变化。其中,在转录本水平上,磷酸盐转运体基因和酸性磷酸酶基因的表达上调或者负控因子下调,都要比拟南芥中程度轻微。更加精细的分子机制,还有待进一步探究。综上所述,以上结果显示盐芥能够耐受低磷胁迫,并且,可能作为一个模式系统来研究植物的抗低磷机制。
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