苗期水稻响应低磷胁迫的分子调控机制OA北大核心CSTPCD

【目的】磷素是水稻生长必需的大量营养元素之一,磷营养供应不足将影响水稻产量和稻米品质。研究低磷条件下水稻根系的生理响应及其基因的差异表达,明确水稻根系差异表达基因对磷高效吸收和利用的生理调控机制,旨在为农业生产中磷高效吸收利用水稻品种的选种和育种提供理论依据。【方法】采用水培试验,供试水稻材料包括磷敏感基因型通粳981(TJ981)、耐低磷基因型郑旱6号(ZH6)和根系扩展型镇稻99(ZD99)。分别设置营养液正常(CK)与低磷(LP,磷浓度为CK的1/20)两个磷浓度。水稻生长15天后取样,采用转录组测序(RNA-seq)技术,结合水稻根内磷含量、根系分泌酸性磷酸酶(APase)活性及根际pH等指标变化情况,分析差异表达基因在水稻根系生理调控中的作用。【结果】与CK处理相比,LP处理的通粳981、镇稻99和郑旱6号根系上、下调差异表达基因数分别是447和1395个、352和1185个、475和1856个,且3个不同水稻品种共有237个差异表达基因,其中33个上调差异表达基因和204个下调差异表达基因。低磷条件下,通粳981、镇稻99和郑旱6号水稻根中磷含量均显著低于对照(CK),分别为对照的41.31%、36.29%和33.17%,高于两处理培养液中磷含量的差异,表明无机磷转运蛋白1-2基因的上调表达促进了根系对磷的吸收。低磷处理1、8和15天时,3个品种水稻根系分泌酸性磷酸酶(Apase)活性均高于对照,这一结果与紫色酸性磷酸酶基因的差异表达有关。【结论】低磷诱导水稻根系基因的差异表达,水稻根系中转录下调基因数远多于转录上调基因数;低磷诱导水稻根系中无机磷转运蛋白OsPT1-2的上调表达,促进低磷条件下水稻根系对磷的吸收;紫色酸性磷酸酶和质膜H^(+)-ATP酶基因的诱导表达,增加了水稻根系分泌酸性磷酸酶活性,降低了H+的运输和分泌,导致根际pH降低,更有利于磷的吸收。