马铃薯磷转运基因家族1的克隆及其功能分析

Phosphate fertilizer is very important to better the quality and yield of potato, so we would better to know the molecular mechanisms that potato how to absorb and transport phosphorus, It has realistic value for potato to improve the ability of utilize phosphorus and increase the biological yield. In this research, based on analysis of identified phosphate transporters, members of PHT1 family in potato would be confirmed, then the relationship between expression pattern of potato PHT1 gene and transportation of phosphate would be analyzed. Through our research, the demand of phosphate in different growth stage and oran, and the relativity between the ability of phosphate transporting and PHT1 gene expression level would be illuminated. Then expound the molecular mechanism in the field of the relationshio between the members of PHT1 family in potato and the ability of absorb, transport and re-transport phosphate. This research will reveal the the mechanism about members of PHT1 family how to keep the balance of phosphate in potato. All of this would be theoretical guidance in potato breeding and production.

磷肥对于提高马铃薯的品质和产量具有重要的作用，了解马铃薯吸收和运输磷的分子机理，对于改良其利用磷的能力和提高其生物产量具有重要的现实意义。本研究将在分析现有的磷转运基因家族的基础上，确定马铃薯种PHT1基因家族成员，系统分析马铃薯的StPHT1基因家族的表达模式与耐磷胁迫及马铃薯发育的关系，阐明马铃薯StPHT1基因家族在吸收、转运再运输磷的分子机制，揭示StPHT1基因家族维持马铃薯磷平衡的机理，从而为马铃薯的育种及生产实践提供理论指导。

马铃薯作为仅次于水稻、小麦、玉米的第四大粮食作物，在粮食生产中占有越来越重要的角色。磷元素作为核酸，脂质、ATP、ADP、糖类的重要组成部分，参与了能量依懒性的细胞代谢过程。由于土壤的吸附作用，磷元素会沉淀，或者转化为有机磷的形式，造成磷元素无法被植物有效吸收和利用，在低磷胁迫下，植物通过调节自身形态、生理、生物化学等变化来提高对磷的吸收和运输能力，从而满足其生长发育的需求。.本研究首先通过对马铃薯长期磷胁迫下形态和生理状况进行观察和试验，试验数据表明在长期缺磷胁迫下，马铃薯的植株形态改变，结薯数、平均单薯重量下降，光合作用的能力降低，马铃薯块茎中干物质、淀粉、蛋白质含量也有所下降，这表明缺磷对于马铃薯植株的光合作用以及产量和品质有消极影响。本研究通过同源基因克隆了马铃薯PHT1基因家族成员：Stpht1;1、Stpht1;6、Stpht1;9、Stpht1;10、Stpht1;12和Stpht1;13。用生物信息学方法分析了PHT1表达后氨基酸的序列，物理化学性质，同源保守性，蛋白质二级和三级结构。结果表明，PHT1基因不同成员之间表达后，氨基酸以及蛋白质具有一定差异，跨膜结构域在6~12个范围内不等。由系谱分析树图也可以看出Stpht1;1与同科植物番茄、茄子、辣椒的亲缘关系最近，Stpht1;6、Stpht1;9、Stpht1;12、Stpht1;13次之，Stpht1;10最远。马铃薯PHT1蛋白质二、三级结构的不同也导致了蛋白形态的不同。RT-qPCR结果表明：马铃薯PHT1基因在缺磷胁迫3h~9h时表达量会明显增加，从整体水平来看，不同基因在同一组织中的表达量有明显差异，主要在茎中表达的基因有Stpht1;6、Stpht1;9、Stpht1;10、Stpht1;12；Stpht1;1、Stpht1;6、Stpht1;10、Stpht1;12、Stpht1;13在叶中都有较高的表达量；Stpht1;10、Stpht1;13基因在根中的表达较高。Stpht1;10、Stpht1;12在植物短期缺磷胁迫的情况下，起到主要的表达调控作用，而Stpht1;13随着时间的增加表现出在植物根部表达水平增高的趋势。利用拟南芥原生质体，检测了6个基因编码蛋白的亚细胞，研究显示6个基因编码的蛋白都定位在细胞质膜上，而受磷胁迫诱导明显的StPHT1;1和6可以互补酵母突变PA