拟南芥硼转运体BORx在花粉萌发与生长中的功能研究

硼是植物生长发育必需的微量元素，尤其对育性至关重要。土壤含硼量是世界范围内农作物产量的重要限制因素之一。近年的研究证明拟南芥BOR家族中的BOR4和BOR1是根中的硼酸转运体，分别参与硼从根细胞外排和向木质部运输；不同硼酸转运体表达的组织特异性决定硼在植物体内的分配,影响植物对硼胁迫的耐受性。目前关于植物生殖发育过程中硼的吸收与分配的分子研究尚属空白。前期研究中，我们筛选到一个育性降低的拟南芥突变体，经图位克隆确定是由于BOR家族中一个成员（暂命名为BORx）发生隐性突变所致，初步证明BORx定位于质膜，具硼转运体的功能，在成熟花粉中特异表达。拟采用遗传、细胞、生化等技术，鉴定相关突变体的表型及其对高/低硼胁迫的应答，分析BORx基因表达于蛋白定位所受调控的特点，并以BORx为切入点，研究拟南芥在花粉管发育等过程中对高/低硼胁迫的分子应答机制，为硼的高效利用或抗硼毒害育种提供理论基础。

硼是植物细胞壁的必要组分，为生长所必需。近年的研究证明拟南芥BOR家族中的部分成员具有硼外向转运体的功能，参与硼的吸收，花粉管发育以及对高硼胁迫的耐受等。作为最早的陆生植物，苔藓的细胞壁成分与开花植物不同，其对于硼的需求以及对细胞内硼含量稳态的调控尚不清楚。为探究苔藓植物中AtBOR1同源基因的功能，我们选用模式植物小立碗藓进行研究。.小立碗藓基因组中有2个AtBOR1同源基因，PpBOR1 和PpBOR2。两个基因均只在茎叶体时期表达，且在茎叶体下端和假根处表达量最高。而PpBOR2的mRNA水平远高于PpBOR1。.我们利用酵母突变体研究PpBOR1 和PpBOR2是否具有外向转运硼的活性。酵母scbor1突变体由于BOR1基因的缺失，无法将多余的硼向细胞外排出，因而不能在高硼培养基上生长。而在scbor1突变体中分别异源表达PpBOR1 或 PpBOR 2基因均可以使该突变体恢复在高硼培养基上的生长，说明PpBOR1 和 PpBOR2具有外向转运硼的活性。.为研究PpBOR1 和PpBOR2的功能，我们分别构建了两个基因的过表达和定点敲除突变体。本实验室条件下，野生型小立碗藓在硼酸浓度为500 μM以下时生长无异常，100-500 μM的硼甚至促进茎叶体生长；而当硼酸浓度达到800 μM时表现出叶片向下卷曲的胁迫症状，1000μM时植株生长受到严重抑制。PpBOR1 过表达突变体在200 μM硼处理时即表现出叶片卷曲的症状。反之，PpBOR1缺失突变体在800 μM时，与野生型相比，表型却不明显。PpBOR2相关突变体的表型则相反：PpBOR2缺失突变体在200 μM硼处理条件下生长已经受到显著抑制，而其过表达突变体对高浓度硼的耐受则高于野生型。.根据上述结果，可初步得出以下结论：1）尽管苔藓类植物细对硼酸的需求较低，但适当范围（100-500μM）的硼酸仍具有促进生长的作用；2）小立碗藓基因组中的两个AtBOR1同源基因PpBOR1和2主要在小立碗藓茎叶体的假根和茎叶体下端表达，调节硼的吸收与外排；而小立碗藓的原丝体阶段可能仍主要通过自由扩散进行硼的吸收；3）小立碗藓基因组中的PpBOR1 与PpBOR2 基因编码的蛋白具有硼转运体的活性；4）PpBOR1主要参与硼的吸收，而PpBOR2则与髙硼耐受有关。..研究结果正处于数据整理与论文写作中。