在农业生产中,磷是植物生长需要的大量营养素,土壤中速效磷的不足是限制植物生长和产量的一个重要环境因素。植物遭受低磷胁迫时,根系构型的改变有利于增强从环境中获取磷素的能力,膜脂重塑将有助于增强细胞内磷素的再利用能力。ZmSQD2.1、ZmSQD2.2可提高拟南芥的耐低磷能力低磷胁迫下植物可通过膜脂重塑,例如利用硫代异鼠李糖甘油二酯(SQDG)、双半乳糖甘油二脂(DGDG)等非磷甘油脂替代膜磷脂,提高细胞内部Pi的利用。在植物叶绿体中,SQD2是合成SQDG途径中的一selleckchem个关键酶,催化UDP-SQ与DAG形成SQDG。本研究以来自玉米的ZmSQD2.1、ZmSQD2.2、ZmSQD2.4为研究对象,对其耐低磷生物学功能进行了初步探究。拟南芥在低磷条件下生长至50 d,过表达ZmSQD2.1、ZmSQD2.2拟南芥植株具有比野生型对照及Atsqd2突变体更大面积的莲座叶,其中Atsqd2突变体的莲座叶面积最小。低磷条件下,过表达ZmSQD2.1、ZmSQD2.2拟南芥与野生型对照或Atsqd2突变体相比,主根长度、侧根数目、叶片叶绿素含量、叶片净光合速率及植株生物量显著提高,过表达ZmSQD2.1、ZmSQD2.2拟南芥表现出更好的低磷耐受性。过表达ZmSQD2.4拟南芥与野生型对照相比,主根长度、侧根数目、叶片叶绿素含量、叶片净光合速率及植株生物量无差异,在低磷胁迫下没有表现出耐低磷特性的提高。在不同浓度NaCl和甘露醇处理下,过表达ZmSQD2.1、ZmSQD2.2、ZmSQD2.4拟南芥与野生型相比,种子的萌发率、绿苗率、主根长度及生物量无差异。实验结果初步提示,ZmSQD2.1、ZmSQD2.2、ZmSQD2.4在种子萌发阶段不能提高拟南芥的耐盐抗旱性。综上,低磷下过表达ZmSQD2.1、ZmSQD2.2提高了拟南芥对低磷的耐受性,ZmSQD2.1、ZmSQD2.2可以作为植物耐低磷基因工程的候选基因。在低磷胁迫下过表达盐芥TsVP基因的棉花提高了根系生物量和籽棉产量受到低磷胁迫的植物其根构型会发生变化,表现出初生根生长受阻,促进侧根和根毛的形成来增加其在土壤中的吸收表面积从而增强养分吸收,改善矿质营养胁迫下的生产性能。本研究以过表达来自盐芥的H+-PPase基因(TsVP)棉花为材料,利用水培、沙培及土培盆栽的方法探究了过表达TsVP棉花的耐低磷特征,为培育耐低磷植物提供了候选基因,并为培育耐低磷棉花提供新材料。测定selleck激酶抑制剂了土培盆栽棉花的籽棉产量,低磷条件下转TsVP棉花的籽棉产量显著高于野生型对照,其增幅最高可达34.68%,过表达TsVP棉花应对低磷胁迫的能力高于野生型对照。测定了土培盆栽花铃期棉花在低磷条件下的叶片光合性能和PSII性能,与足磷条件下生长的棉花相比,低磷条件下棉花叶片的碳同化能力(Pn)和PSII性能显著下降。低磷条件下,过表达TsVP棉花比野生型对照具有更高的光合性能及PSII性能,表现在其具有更高的Pn、Fv/Fm和PI abs,且Rubisco的羧化酶活性、ATP含量、NADPH含量、RuBP含量更高,转基因棉花表现出更高的暗反应性能。因此,在低磷条件下,转基因棉花叶片比野生型对照具有更高的ATP和NADPH合成能力、RuBP再生能力及二氧化碳同化能力,转基因棉花表现出更高的低磷耐受性。测定了水培、沙培、土培实验中棉花长到五叶一心期的叶片Pi浓度。在足磷或低磷条件下,转基因棉花都比野生型对照具有更高的Pi浓度。在盆栽棉花中,足磷条件下转基因棉花叶片Pi增幅最高可达11.33%,低磷条件下转基因棉花叶片Pi增幅最高可达32.59%。棉花叶片Pi浓度测定结果表明,在棉花中过表达TsVP改进了棉花对环境中磷的吸收,提高了叶片中Pi水平。测定了水培、沙培、土培实验中棉花根系的生物量。在足磷或低磷条件下,过表达TsVP棉花与野生型对照相比具有更为发达的根系,表现在转基因棉花的根系生物量、侧根数目等显著高于野生型对照。在盆栽棉花中,足磷条件下转基因棉花根系干重增幅最高可达27.54%,低磷条件下根系干重增幅最高可达41.15%。结果表明过表达Ts VP棉花改善了根系构型。在低磷条件下,转基因棉花与野生型对照相比,转运蛋白对Pi亲和力无差异(Km、Cmin),但Pi流入细胞的速度更快,即转基因棉花的最大吸收速率Imax显著高于野生型对照,表明转基因棉花植株拥有更发达的根系这一优势,有利于植物从环境中获取磷素,与野生型植株相比对低磷胁迫的耐受性更强。测定了沙培棉花根尖中与生长素极性运输、根尖干细胞维持及侧根发育相关基因的表达水平。在足磷或低磷条件下,过表达TsVP棉花与野生型对照相比,根尖中与生长素运输Timed Up-and-Go相关的基因GhAUX3、GhPINa、GhPIN1c表达上调;与根尖干细胞维持相关的基因GhPLT2、GhRGF2、GhTPST、GhSCR、GhSHR等表达上调;与侧根发育相关的基因GhARF19、GhEIN3、GhLPR1、GhPDR2、GhTIR1表达上调,说明转基因植株具有更为发达的根系可能与生长素极性运输、根尖干细胞的维持和侧根发育相关基因的上调表达有关。综上,在低磷胁迫下,TsVP的过表达导致转基因棉花生长素极性运输、根尖干细胞维持和侧根发育的一些相关基因的高水平表达,转基因棉花拥有更发达的根系,从而增强了转基因棉花从环境中Pi的吸收性能,改善了叶片无机磷水平和光合作用能力,提高了转基因棉花在低磷下的籽棉产量,转基因棉花表现出高的耐低磷特性。