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植物营养生物学团队在水稻酸性磷酸酶研究中取得新进展
发布时间:2020-06-02

近日, 资源与环境学院植物营养生物学团队在国际主流植物学期刊Journal of Experimental Botany在线发表了题为” Purple acid phosphatase 10c encodes a major acid phosphatase that regulates plant growth under phosphate-deficient conditions in rice” 的研究论文,揭示了水稻中一种主要的分泌型酸性磷酸酶OsPAP10c,突变该基因显著降低了水稻根系表面和分泌至环境中的酸性磷酸酶活性,利用其自身启动子提高OsPAP10c表达,能显著促进水稻生长和和单株产量。

磷是植物生长发育所必需的大量元素之一,缺磷条件下植物会合成并分泌型酸性磷酸酶,将环境中有机磷降解为无机磷或调控细胞壁结构,继而提高植物对缺磷胁迫的适应性。本研究中,大家利用CRIPR技术创制了水稻OsPAP10c突变体。通过对OsPAP10c突变体的研究,大家在植物中首次发现,突变一个酸性磷酸酶基因能够同时显著降低植物根系表面结合的酸性磷酸酶活性和向环境中分泌的酸性磷酸酶活性。

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在前期研究中,利用组成型启动子超表达OsPAP10c,发现能显著提高水稻分泌型的酸性磷酸酶活性和有机磷的利用能力,但是在不同的供磷水平下,超表达OsPAP10c均不能促进植株生长和产量提高(Lu et al.,2016,Plant,Cell and Environment)。据此推测,这可能是由于组成型启动子超表达OsPAP10c,使非靶向组织中酸性磷酸酶活性增加从而造成转基因植物生长受到抑制。由于OsPAP10c是一个在根系中特异性受缺磷诱导表达的基因,在本研究中尝试利用OsPAP10c自身启动子提高该基因表达。结果表明,OsPAP10c自身启动子也能显著提高OsPAP10c的表达和水稻的酸性磷酸酶活性,但是与组成型启动子相比,自身启动子超表达材料中OsPAP10c的转录水平和酸性磷酸酶活性均低于组成型启动子超表达材料。通过营养液水培和田间实验研究,研究证明自身启动子超表达OsPAP10c材料的根系和生物量在不同磷水平下均优于野生型和组成型启动子超表达材料,进而促进水稻的生长和单株产量。总体而言,本研究发现了水稻中一个特异性的酸性磷酸酶基因,并通过转基因实验表明,使用自身启动子过表达特异的酸性磷酸酶基因,可能更适用于磷高效转基因育种,为将来研究提供了一个新的思路。

该研究由国家自然科学基金资助,美高梅手机登录网站博士研究生邓素仁为本文的第一编辑,王创研究员为通讯编辑。

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