低磷调控大豆根系细胞壁蛋白的鉴定及GmPAP1-like的功能初探

作     者：林雁 

作者单位：华南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁翠月

授予年度：2018年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：低磷胁迫 大豆 细胞壁蛋白 紫色酸性磷酸酶 GmPAP1-like 

摘      要：磷是植物生长发育所必需的大量矿质营养元素之一。然而无机磷容易被土壤中的有机物或其它阳离子所固定,导致磷有效性低成为限制农业生产的重要原因之一。植物长期进化过程中形成了一系列的适应性机制,其中改变根系形态构型及增加根系分泌物是植物适应低磷胁迫的重要机制。在植物根系中,细胞壁是植物细胞与根际环境直接接触的组分,许多信号的接收和传导都依赖于细胞壁上蛋白的活性。然而,目前细胞壁蛋白如何响应低磷胁迫尚未清楚。因此,本文通过iTRAQ蛋白组学分析,解析大豆根部细胞壁蛋白在适应低磷环境中所起到的可能作用。进一步对细胞壁蛋白,GmPAP1-like,进行了亚细胞定位和表达模式等性质分析,初步解析了该蛋白在大豆有机磷利用中的重要功能。研究的主要结果如下:1.水培处理结果显示,磷的有效性影响了大豆的生长和根系酸性磷酸酶的活性。与正常磷水平相比,低磷处理降低了大豆地上部生物量以及大豆植株的全磷含量。但大豆根部的生物量和主根长均不受磷有效性的影响。在低磷条件下,大豆根部的总根长、根表面积,侧根长和根系内外源酸性磷酸酶活性均显著增加。2.通过iTRAQ蛋白组学分析,鉴定到受低磷调控的60个细胞壁蛋白。其中,受低磷胁迫上调的细胞壁蛋白共有31个,受低磷下调的细胞壁蛋白29个,这些细胞壁蛋白主要参与了碳代谢、氧化还原、信号转导等途径;定量qRT-PCR分析发现,上调蛋白和下调蛋白所对应的编码基因中,分别有70%和30%的表达水平与其蛋白累积水平变化相一致。3.选取低磷上调表达的紫色酸性磷酸酶类似蛋白（GmPAP1-like）做进一步性质和功能分析。表达模式分析显示大豆GmPAP1-like受低磷显著上调;其受磷有效性调控的表达模式在不同磷效率的大豆品种间无显著差异。菜豆毛根转化亚细胞定位结果进一步证明GmPAP1-like是定位于细胞壁;此外,与空载相比,在大豆毛根中超量表达GmPAP1-like,可以提高大豆毛根的酸性磷酸酶活性。综上所述,本研究利用iTRAQ蛋白组学分析,鉴定到60个低磷胁迫条件下差异累积的细胞壁蛋白。同时,对大豆细胞壁蛋白GmPAP1-like的亚细胞定位和表达模式等性质进行了分析,初步解析了该基因在植物适应低磷胁迫中的可能功能。本研究的结果将为培育适应低磷胁迫的大豆品种提供理论基础。