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丹参(Salvia miltiorrhiza)是我国传统中药,但野生丹参种质资源急剧减少,无法满足市场需要,因此本实验室近年利用二倍体(djploid)与四倍体(tetraploid)杂交获得三倍体(triploid)丹参。经过检测,所得三倍体丹参在器官大小与药用成分上均表现显著优势。为探究优势产生的机理,一方面我们参考当前关于三倍体优势产生的分子机理的研究,将研究重点放在基因表达模式的改变上,试图从不同倍性植株基因表达的差异上找出三倍体优势的原因;另一方面,考虑到植物生长过程中因磷酸盐在土壤中被多种化合物固定或形成难溶于水的有机化合物,土壤中可直接被植物根部吸收的磷酸盐含量极低,但是磷酸盐对植物生长的作用十分关键,而植物对磷酸盐的吸收起始于根部高亲和性磷酸盐转运蛋白对磷酸盐的转运,该基因的表达,直接影响到植物对磷的吸收效率。
鉴于以上原因,本文研究将集中于不同倍性丹参在低磷环境下根部高亲和性磷酸盐转运蛋白基因在表达上的差异,并且检测了在低磷条件下,生长素信号通路中关键基因(aux/iaa,tirl,arf)的表达变化,以阐述三倍体优势产生的机理。主要结果如下:
1从丹参中克隆得到丹参高亲和性磷酸盐转运蛋白基因的cDNA全长,命名为SmPht1,已在GeneBank中登记,登录号JQ898683。
2对SmPht1基因cDNA序列分析表明,该基因全长1467bp,包含1371bD的开放阅读框,编码含有457个氨基酸的蛋白,属于MFS基因超家族,具有12次跨膜区域。
3利用RT-PCR的方法分析了SmPht1在器官中的表达特异性,发现该基因在根部(root)表达,但在茎(stem)、叶(1eaf)部分几乎不表达。
4利用定量PCR(Real-Time PCR)的方法检测SmPht1在低磷条件下的表达,研究结果表明,在适磷条件下,不同倍性丹参中SmPht1基因表达量的差别明显,其中,二倍体表达量较小,而三倍体与四倍体表达量接近,并且均高于二倍体,幅度约为2倍;在低磷条件下,各倍性中SmPht1表达都受到低磷条件的诱导而上升,上升幅度不同,其中三倍体与四倍体中SmPht1表达量的增幅接近,而远高于二倍体,所测定时间为24h,在前12h内,各倍性丹参SmPht1表达量的上升均不明显,在后12h内,表达量均大幅提升。
5利用定量PCR的方法检测aux/iaa,tirl,arf基因的在低磷条件下的表达,在植株被诱导12h后,各倍性植株中tir,arf基因表达均下调,下调幅度约为1/2倍,而aux/iaa表达变化比较复杂,三倍体几乎不变,而二倍体与四倍体均下调。