基本信息
- 项目名称：
- 草莓磷转运蛋白基因pt5的克隆与序列分析
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 磷是植物生长发育不可缺少的大量营养元素之一。植物吸收磷的主要来源是土壤中的无机磷，由于土壤中植物可吸收的可溶性无机磷非常低，当草莓缺磷时，植株生长发育不良，叶、花、果变小。植物可以通过两种途径吸收土壤中的磷，一种可以通过根表皮、根毛直接吸收，另外一种主要的方式就是菌根吸收。最终这两种途径所富集的磷都需要通过植物根系吸收和转运系统—磷转运蛋白来直接吸收利用。
- 详细介绍：
- 草莓（Fragaria ananassa Duch.）是一种蔷薇科（Rosaccae）草莓属（Fragaria）多年生草本植物，原产于南美洲，我国是在20世纪初才引进的。磷是植物生长发育不可缺少的大量营养元素之一。植物吸收磷的主要来源是土壤中的无机磷，由于土壤中植物可吸收的可溶性无机磷非常低，成为植物生长发育的主要限制性因素之一，当草莓缺磷时，植株生长发育不良，叶、花、果变小。植物可以通过两种途径吸收土壤中的磷，一种可以通过根表皮、根毛直接吸收（DPU途径），另外一种主要的方式就是菌根吸收（MPU途径），而菌根吸收被认为是最重要的吸收磷的方式，菌根感染后植物根系吸收的磷几乎都是通过菌丝体吸收的，而根表和根毛吸收的磷则可以忽略不计。最终这两种途径所富集的磷都需要通过植物根系吸收和转运系统—磷转运蛋白来直接吸收利用。目前，磷转运蛋白基因已在番茄、拟南芥、马铃薯等植物中克隆，有关植物对土壤中有效磷的吸收能力的报道主要集中在磷转运蛋白。然而草莓磷转运蛋白基因的克隆研究未曾报道，由于土壤缺磷严重限制了草莓的生长发育，因此本文通过PCR方法对红颜草莓进行磷转运蛋白基因的克隆与分析，期望获得高亲和的磷转运蛋白基因高效吸收土壤中的无机磷，促进植物的生长发育，从而进一步解析红颜草莓促磷吸收的分子机制，促进草莓的生长发育，有利于进一步在农业生产中不施磷肥而利用磷转运蛋白生产有机果品；也将为通过基因工程创造高效磷吸收的草莓新种质提供基因来源，极大促进草莓等果树的分子生物学的研究。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：磷是植物生长过程中所必须的一种大量营养元素，草莓吸收磷的主要来源是土壤中的无机磷。草莓缺磷就会生长不良。但由于土壤中草莓可吸收的可溶性无机磷非常低，因此通过草莓磷转运蛋白来探究草莓促磷吸收的分子机制。希望提高草莓吸收磷的水平，促进草莓的生长发育，通过基因工程创造高效磷吸收的草莓新种质提高基因来源。 基本思路：介绍研究草莓磷转运蛋白的必要性，实验材料，实验步骤，结果分析，讨论。
科学性、先进性及独特之处
- 目前关于磷转运蛋白基因的克隆已在番茄、马铃薯、苜蓿等植物中克隆，有关植物对土壤中有效磷的吸收能力的报道主要集中在磷转运蛋白。然而草莓磷转运蛋白基因的克隆未曾报道过，但由于土壤中的可溶性磷很少，且磷的缺乏限制了草莓从土壤中吸收营养物质和植物的生长发育。因此本文通过PCR法对栽培草莓进行磷转运蛋白基因的克隆与分析，提高草莓吸收磷的水平，促进草莓的生长发育，从而推测出红颜草莓促磷吸收的分子机制。
应用价值和现实意义
- 通过克隆栽培草莓磷转运蛋白基因，研究诱导磷转运蛋白基因的表达特征，探讨草莓植株整体对磷水平吸收的影响，解析草莓促磷吸收的分子机制，从而有利于进一步在农业生产中不施磷肥而利用磷转运蛋白生产有机果品；也将为通过基因工程创造高效磷吸收的草莓新种质提供基因来源，极大促进草莓等果树的分子生物学的研究。
学术论文摘要
- 磷是植物生长过程中所必须的的营养元素，在植物体的新陈代谢中发挥了重要的作用，植物缺磷就会生长不良。土壤中的磷通过磷转运蛋白转运给植物体。野草莓已测序全基因组包含9个无机磷转运蛋白基因，本文采用MEGA4.0软件对9个野草莓无机磷转运蛋白序列及58个已知的其他植物磷转运蛋白的氨基酸序列进行聚类分析，发现Fvpht1-11-13115、Fvpht1-11-13116与菌根磷转运蛋白基因分支LePT4、StPT4等12个基因聚在一起，说明亲缘关系最近，初步判断可能是草莓菌根磷转运蛋白。根据Fvpht1-11-13115设计引物并通过PCR法获得了栽培草莓‘红颜’基因全长为1590bp的Fapt5磷转运蛋白基因。进一步利用MEGA4.0软件，将栽培草莓‘红颜’磷转运蛋白基因Fapt5和58个已知的其他植物磷转运蛋白的氨基酸序列进行聚类树分析，发现Fapt5与Fvpht1-11-13115所聚位置相同，初步判断Fapt5是栽培草莓‘红颜’菌根磷转运蛋白。Fapt5基因的克隆有利于进一步探究菌根磷转运蛋白促进草莓磷吸收的分子机制，对于生产中不施磷肥生产有机果品具有重要的指导意义。
获奖情况
- 以第四作者的身份在ICEE发表《“童子1号”草莓离体培养遗传稳定性扩增片段长度多态性（AFLP）分析》2011：183-186
鉴定结果
- 已发表
参考文献
- 1、现有技术 PCR聚合链式反应 DNAMAN进行序列拼接 BLAST （）进行序列比对 TMHMM（）对蛋白质进行跨膜分析 利用ProtScale（）分析氨基酸序列的亲/疏水性利用SWISS-MODEL（）进行蛋白质三维结构的空间预测 MEGA4.0构建系统进化树 2、文章的检索目录：中国知网CNKI(。
同类课题研究水平概述
- 菌根（mycorrhiza）是在真菌和植物根系之间的一种共生体系，超过95%的植物能够与菌根真菌建立共生关系。植物吸收磷的主要来源是土壤中的无机磷。由于土壤中可溶性无机磷的含量非常低，因此成为植物生长发育的主要限制性因素之一。植物可以通过两种途径吸收土壤中的磷，一种可以通过根表皮、根毛直接吸收（DPU途径），另外一种主要的方式就是菌根吸收（MPU途径）。菌根磷转运蛋白基因是在植物-菌根真菌共生过程中被特异性驱动的基因，只在菌根中特异性或诱导性表达。目前已在植物中克隆出了6个菌根特异性磷转运蛋白和16个菌根诱导性磷转运蛋白。马铃薯中的StPT3是第一个被克隆并进行功能验证的菌根磷转运蛋白基因。此后，藜蒺苜蓿MtPT4，水稻OsPT11，茄科植物LePT3、LePT4、LePT5、StPT4和StPT5等相继被克隆。已报道的能与草莓形成菌根结构的VA菌根真菌主要分布在Glomus、Gigaspora和Scutellospora 3个菌属，其中G. mosseae分布最广。不同VA菌种在同一时期的侵染率不同，同一菌种在不同时期侵染率也有较大差别。VA菌根的形成促进了草莓对氮、磷等矿质元素的吸收和利用，使组织内矿质元素升高，光合作用增强。菌根化草莓能显著提高植株对磷的吸收和利用，在土壤磷元素供应不足时尤为明显；菌根化草莓的含磷量与增施高水平磷肥的草莓含磷量类似。尽管富磷条件下抑制VA菌根真菌的侵染，但Stewart等研究指出在富磷条件下（498mg/kg），VA真菌同样可以提高植物的繁殖率。VA菌根真菌可促进草莓生长，提高果实品质。菌根化草莓各生长指标相比对照有不同程度的提高，根系活力明显增大；提早开花,提早成熟；提高了草莓叶片叶绿素、蛋白质、可溶性糖和Vc含量，降低了可滴定酸的含量，改善了果实品质；显著增加了单果重、单株果数、单株产量，对重茬草莓的效果更加明显。VA真菌可提高草莓的抗病性和抗逆性。菌根形成过程中一些防御性酶类被激活，抑制病原真菌的生长。VA菌根真菌对草莓白粉病、黄萎病具有明显仿效，菌根的形成提高了草莓的抗旱性、抗盐性等。
