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GmPHR1, a Novel Homolog of the atphr1 Transcription Factor, Plays a Role in Plant Tolerance to Phosphate Starvation

Journal of Integrative Agriculture 2014年第12期13卷 2584-2593页

作者： LI Xi-huan WANG Yun-jie WU Bing KONG You-bin LI Wen-long CHANG Wen-suo ZHANG Cai-ying North China Key Laboratory for Germplasm Resources Ministry of Education/Agricultural University of Hebei

GmPHR1 from soybean （Glycine max） was isolated and characterized. This novel homolog of the atphr1 transcription factor confers tolerance to inorganic phosphate （Pi）-starvation. The gene is 2 751 bp long, with an 819-bp open reading frame and ifve introns. Analysis of transcription activity in yeast revealed that the full-length GmPHR1 and its C-terminal activate the reporter genes for His, Ade and Ura, suggesting that the C-terminal peptide functions as a transcriptional activator. Quantitative real-time PCR indicated that patterns of GmPHR1 expression differed. For example, under low-Pi stress, this gene was quickly induced in the tolerant JD11 after 0.5 h, with expression then decreasing slowly before peaking at 12-24 h. By contrast, induction in the sensitive Niumaohuang （NMH） was slow, peaking at 6 h before decreasing quickly at 9 h. GmPHR1 showed sub-cellular localization in the nuclei of onion epidermal cells and Arabidopsis roots. Growth parameters in wild-type （WT） Arabidopsis plants as well as in overexpression （OE） transgenic lines were examined. Under low-Pi conditions, values for shoot, root and whole-plant dry weights, root to shoot ratios, and lengths of primary roots were signiifcantly greater in OE lines than in the WT. These data demonstrate that GmPHR1 has an important role in conferring tolerance to phosphate starvation.

关键词： GmPHR1 transcription factor atphr1 phosphate starvation low phosphate-stress tolerance soybean

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OsPHR2和atphr1基因功能比较分析

OsPHR2和AtPHR1基因功能比较分析

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作者：李毅毅浙江大学

学位级别：硕士

在拟南芥磷信号转导系统中，atphr1起到重要作用。研究atphr1及其在水稻中同源基因OsPHR2的基因结构功能，有利于进一步研究PHR1的作用机理。我们通过转基因的方法获得OsPHR2和atphr1增强表达的拟南芥株系，通过对其表型，生理，基因表... 详细信息

在拟南芥磷信号转导系统中，atphr1起到重要作用。研究atphr1及其在水稻中同源基因OsPHR2的基因结构功能，有利于进一步研究PHR1的作用机理。我们通过转基因的方法获得OsPHR2和atphr1增强表达的拟南芥株系，通过对其表型，生理，基因表达以及两基因的生物信息学等方面分析揭示OsPHR2与atphr1功能的差异。结果如下：1．生物信息学分析发现，OsPHR2与atphr1在氨基酸序列上有很高的同源性，都具有高度保守的MYB—CC结构域，但是在CC结构域中，两者有一些区别。例如在atphr1蛋白序列的第347个氨基酸为Tyr，这是一个重要的酪氨酸激酶磷酸化位点，而在OsPHR2中，所对应的位点氨基酸为Cys，因而酪氨酸激酶磷酸化位点消失;同时在atphr1蛋白的第372个氨基酸为Lys，这是一个重要的SUMO位点，而在OsPHR2中所对应的氨基酸为Pro，因而缺少了SUMO位点;另外在超二级结构上，atphr1的CC结构域为一长αα螺旋结构，而OsPHR2的CC结构域中存在转角。***2增强株系在高磷情况下与野生型(Col)相比表现为，植株变得矮小，果荚变小，种子结实率差，而atphr1增强株系与野生型相比则没有显著差异;低磷情况下这种差异不显著。***2增强株系在高磷情况下与Col相比表现为，花色素苷积累，地上部有效磷含量积累，总磷含量没有显著差异;而atphr1增强株系与野生型相比没有显著差异。在低磷情况下，OsPHR2增强株系与atphr1增强株系及野生型的花色素苷含量，有效磷含量，总磷含量，没有显著差异。***2增强株系在高磷情况下，磷饥饿诱导基因如AtIPS1，At4仍然强烈表达，AtPAP2的表达量也有增加;atphr1增强株系中，AtIPS1，At4表达与Col相比虽有增强，然而没有OsPHR2增强株系效果明显;但Pho2却没有显著的变化。在LP情况下，OsPHR2增强株系与atphr1增强株系及野生型Col的AtIPS1和At4的表达量均无显著差异。

关键词：拟南芥 OsPHR2 atphr1 磷信号分析

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植物磷元素感应蛋白SPX1与PHR蛋白复合物的结晶研究

植物磷元素感应蛋白SPX1与PHR蛋白复合物的结晶研究

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作者：刘子赫北京化工大学

学位级别：硕士

在植物体的生长发育过程中,磷元素是必不可少的一种大量元素。土壤中磷元素的含量虽然很丰富,但是可以被植物体直接吸收并利用的磷元素含量并不高。因此在众多限制农作物产量的因素中,磷元素含量是一种很关键的因素。PHR是植物体内的一... 详细信息

在植物体的生长发育过程中,磷元素是必不可少的一种大量元素。土壤中磷元素的含量虽然很丰富,但是可以被植物体直接吸收并利用的磷元素含量并不高。因此在众多限制农作物产量的因素中,磷元素含量是一种很关键的因素。PHR是植物体内的一种转录调控因子,负责调控植物体内磷饥饿响应基因的转录;SPX1是植物体内的一种磷响应蛋白,两种蛋白可以相互作用,并在植物磷元素含量水平的调节上具有重要作用。对两种蛋白复合物的结构研究可以帮助人们更好地了解植物体内磷平衡的调节机制,继而为培育能够高效吸收和利用土壤中有限磷元素的农作物提供理论支持。本论文成功构建了拟南芥PHR1(208-362aa)及水稻PHR2(243-426aa)、SPX1(1-295aa)共三种重组质粒。通过在蛋白N端连接组氨酸标签,使三种蛋白在大肠杆菌表达系统中成功表达,再通过镍柱亲和层析,及分子筛凝胶层析的方法成功得到纯度达到95%以上的蛋白。在得到状态均一、纯度较高的蛋白后,分别对atphr1(208-362aa)/OsSPX1(1-295aa)及OsPHR2(243-426aa)/OsSPX1(1-295aa)进行了蛋白结合实验,在尝试了多种孵育方法后,我们获得了 atphr1/OsSPX1及OsPHR2/OsSPX1两种蛋白复合物。在分别对三种单独的蛋白及两种复合物蛋白进行晶体筛选实验后,获得了 atphr1及atphr1/OsSPX1两种蛋白的晶体生长条件,并进行了晶体优化。其中atphr1在经过筛选pH条件,筛沉淀剂浓度等一系列晶体优化操作后获得了衍射较好的晶体,我们随后制备了其硒代甲硫氨酸衍生物蛋白并成功获得了晶体。对晶体进行X射线衍射实验、收集数据,但最终数据的处理结果和SDS-PAGE结果都显示该蛋白在结晶的过程中发生了降解,我们所获得的并不是目的长度的atphr1的晶体。综上,本论文获得了 atphr1和atphr/OsSPX1蛋白复合物的结晶条件,为后续对二者的晶体优化、结构解析工作奠定了重要基础。

关键词： atphr1 OsSPX1 OsPHR2 蛋白纯化蛋白质结晶

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