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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 草莓磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因pt5的克隆與序列分析
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一。植物吸收磷的主要來(lái)源是土壤中的無(wú)機(jī)磷，由于土壤中植物可吸收的可溶性無(wú)機(jī)磷非常低，當(dāng)草莓缺磷時(shí)，植株生長(zhǎng)發(fā)育不良，葉、花、果變小。植物可以通過(guò)兩種途徑吸收土壤中的磷，一種可以通過(guò)根表皮、根毛直接吸收，另外一種主要的方式就是菌根吸收。最終這兩種途徑所富集的磷都需要通過(guò)植物根系吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)—磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來(lái)直接吸收利用。
- 詳細(xì)介紹：
- 草莓（Fragaria ananassa Duch.）是一種薔薇科（Rosaccae）草莓屬（Fragaria）多年生草本植物，原產(chǎn)于南美洲，我國(guó)是在20世紀(jì)初才引進(jìn)的。磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一。植物吸收磷的主要來(lái)源是土壤中的無(wú)機(jī)磷，由于土壤中植物可吸收的可溶性無(wú)機(jī)磷非常低，成為植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要限制性因素之一，當(dāng)草莓缺磷時(shí)，植株生長(zhǎng)發(fā)育不良，葉、花、果變小。植物可以通過(guò)兩種途徑吸收土壤中的磷，一種可以通過(guò)根表皮、根毛直接吸收（DPU途徑），另外一種主要的方式就是菌根吸收（MPU途徑），而菌根吸收被認(rèn)為是最重要的吸收磷的方式，菌根感染后植物根系吸收的磷幾乎都是通過(guò)菌絲體吸收的，而根表和根毛吸收的磷則可以忽略不計(jì)。最終這兩種途徑所富集的磷都需要通過(guò)植物根系吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)—磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來(lái)直接吸收利用。目前，磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因已在番茄、擬南芥、馬鈴薯等植物中克隆，有關(guān)植物對(duì)土壤中有效磷的吸收能力的報(bào)道主要集中在磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。然而草莓磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的克隆研究未曾報(bào)道，由于土壤缺磷嚴(yán)重限制了草莓的生長(zhǎng)發(fā)育，因此本文通過(guò)PCR方法對(duì)紅顏草莓進(jìn)行磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的克隆與分析，期望獲得高親和的磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因高效吸收土壤中的無(wú)機(jī)磷，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，從而進(jìn)一步解析紅顏草莓促磷吸收的分子機(jī)制，促進(jìn)草莓的生長(zhǎng)發(fā)育，有利于進(jìn)一步在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不施磷肥而利用磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白生產(chǎn)有機(jī)果品；也將為通過(guò)基因工程創(chuàng)造高效磷吸收的草莓新種質(zhì)提供基因來(lái)源，極大促進(jìn)草莓等果樹(shù)的分子生物學(xué)的研究。
作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 目的：磷是植物生長(zhǎng)過(guò)程中所必須的一種大量營(yíng)養(yǎng)元素，草莓吸收磷的主要來(lái)源是土壤中的無(wú)機(jī)磷。草莓缺磷就會(huì)生長(zhǎng)不良。但由于土壤中草莓可吸收的可溶性無(wú)機(jī)磷非常低，因此通過(guò)草莓磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來(lái)探究草莓促磷吸收的分子機(jī)制。希望提高草莓吸收磷的水平，促進(jìn)草莓的生長(zhǎng)發(fā)育，通過(guò)基因工程創(chuàng)造高效磷吸收的草莓新種質(zhì)提高基因來(lái)源。 基本思路：介紹研究草莓磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的必要性，實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)步驟，結(jié)果分析，討論。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 目前關(guān)于磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的克隆已在番茄、馬鈴薯、苜蓿等植物中克隆，有關(guān)植物對(duì)土壤中有效磷的吸收能力的報(bào)道主要集中在磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。然而草莓磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的克隆未曾報(bào)道過(guò)，但由于土壤中的可溶性磷很少，且磷的缺乏限制了草莓從土壤中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和植物的生長(zhǎng)發(fā)育。因此本文通過(guò)PCR法對(duì)栽培草莓進(jìn)行磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的克隆與分析，提高草莓吸收磷的水平，促進(jìn)草莓的生長(zhǎng)發(fā)育，從而推測(cè)出紅顏草莓促磷吸收的分子機(jī)制。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 通過(guò)克隆栽培草莓磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，研究誘導(dǎo)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)特征，探討草莓植株整體對(duì)磷水平吸收的影響，解析草莓促磷吸收的分子機(jī)制，從而有利于進(jìn)一步在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不施磷肥而利用磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白生產(chǎn)有機(jī)果品；也將為通過(guò)基因工程創(chuàng)造高效磷吸收的草莓新種質(zhì)提供基因來(lái)源，極大促進(jìn)草莓等果樹(shù)的分子生物學(xué)的研究。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 磷是植物生長(zhǎng)過(guò)程中所必須的的營(yíng)養(yǎng)元素，在植物體的新陳代謝中發(fā)揮了重要的作用，植物缺磷就會(huì)生長(zhǎng)不良。土壤中的磷通過(guò)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)給植物體。野草莓已測(cè)序全基因組包含9個(gè)無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，本文采用MEGA4.0軟件對(duì)9個(gè)野草莓無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白序列及58個(gè)已知的其他植物磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的氨基酸序列進(jìn)行聚類(lèi)分析，發(fā)現(xiàn)Fvpht1-11-13115、Fvpht1-11-13116與菌根磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因分支LePT4、StPT4等12個(gè)基因聚在一起，說(shuō)明親緣關(guān)系最近，初步判斷可能是草莓菌根磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。根據(jù)Fvpht1-11-13115設(shè)計(jì)引物并通過(guò)PCR法獲得了栽培草莓‘紅顏’基因全長(zhǎng)為1590bp的Fapt5磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因。進(jìn)一步利用MEGA4.0軟件，將栽培草莓‘紅顏’磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因Fapt5和58個(gè)已知的其他植物磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的氨基酸序列進(jìn)行聚類(lèi)樹(shù)分析，發(fā)現(xiàn)Fapt5與Fvpht1-11-13115所聚位置相同，初步判斷Fapt5是栽培草莓‘紅顏’菌根磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。Fapt5基因的克隆有利于進(jìn)一步探究菌根磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白促進(jìn)草莓磷吸收的分子機(jī)制，對(duì)于生產(chǎn)中不施磷肥生產(chǎn)有機(jī)果品具有重要的指導(dǎo)意義。
獲獎(jiǎng)情況
- 以第四作者的身份在ICEE發(fā)表《“童子1號(hào)”草莓離體培養(yǎng)遺傳穩(wěn)定性擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性（AFLP）分析》2011：183-186
鑒定結(jié)果
- 已發(fā)表
參考文獻(xiàn)
- 1、現(xiàn)有技術(shù) PCR聚合鏈?zhǔn)椒磻?yīng) DNAMAN進(jìn)行序列拼接 BLAST （）進(jìn)行序列比對(duì) TMHMM（）對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行跨膜分析 利用ProtScale（）分析氨基酸序列的親/疏水性利用SWISS-MODEL（）進(jìn)行蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的空間預(yù)測(cè) MEGA4.0構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù) 2、文章的檢索目錄：中國(guó)知網(wǎng)CNKI(。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 菌根（mycorrhiza）是在真菌和植物根系之間的一種共生體系，超過(guò)95%的植物能夠與菌根真菌建立共生關(guān)系。植物吸收磷的主要來(lái)源是土壤中的無(wú)機(jī)磷。由于土壤中可溶性無(wú)機(jī)磷的含量非常低，因此成為植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要限制性因素之一。植物可以通過(guò)兩種途徑吸收土壤中的磷，一種可以通過(guò)根表皮、根毛直接吸收（DPU途徑），另外一種主要的方式就是菌根吸收（MPU途徑）。菌根磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因是在植物-菌根真菌共生過(guò)程中被特異性驅(qū)動(dòng)的基因，只在菌根中特異性或誘導(dǎo)性表達(dá)。目前已在植物中克隆出了6個(gè)菌根特異性磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和16個(gè)菌根誘導(dǎo)性磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。馬鈴薯中的StPT3是第一個(gè)被克隆并進(jìn)行功能驗(yàn)證的菌根磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因。此后，藜蒺苜蓿MtPT4，水稻OsPT11，茄科植物L(fēng)ePT3、LePT4、LePT5、StPT4和StPT5等相繼被克隆。已報(bào)道的能與草莓形成菌根結(jié)構(gòu)的VA菌根真菌主要分布在Glomus、Gigaspora和Scutellospora 3個(gè)菌屬，其中G. mosseae分布最廣。不同VA菌種在同一時(shí)期的侵染率不同，同一菌種在不同時(shí)期侵染率也有較大差別。VA菌根的形成促進(jìn)了草莓對(duì)氮、磷等礦質(zhì)元素的吸收和利用，使組織內(nèi)礦質(zhì)元素升高，光合作用增強(qiáng)。菌根化草莓能顯著提高植株對(duì)磷的吸收和利用，在土壤磷元素供應(yīng)不足時(shí)尤為明顯；菌根化草莓的含磷量與增施高水平磷肥的草莓含磷量類(lèi)似。盡管富磷條件下抑制VA菌根真菌的侵染，但Stewart等研究指出在富磷條件下（498mg/kg），VA真菌同樣可以提高植物的繁殖率。VA菌根真菌可促進(jìn)草莓生長(zhǎng)，提高果實(shí)品質(zhì)。菌根化草莓各生長(zhǎng)指標(biāo)相比對(duì)照有不同程度的提高，根系活力明顯增大；提早開(kāi)花,提早成熟；提高了草莓葉片葉綠素、蛋白質(zhì)、可溶性糖和Vc含量，降低了可滴定酸的含量，改善了果實(shí)品質(zhì)；顯著增加了單果重、單株果數(shù)、單株產(chǎn)量，對(duì)重茬草莓的效果更加明顯。VA真菌可提高草莓的抗病性和抗逆性。菌根形成過(guò)程中一些防御性酶類(lèi)被激活，抑制病原真菌的生長(zhǎng)。VA菌根真菌對(duì)草莓白粉病、黃萎病具有明顯仿效，菌根的形成提高了草莓的抗旱性、抗鹽性等。
