小麦 - 中国作物种质信息网.doc

国家重点基础研究发展规划项目 总结报告 项目编号：G1998010200 项目名称：农作物资源核心种质构建、重要新基因发掘与有效利用研究 首席科学家：贾继增 张启发 课题编号：G1998010208 课题名称：小麦重要目标基因的克隆 课题负责人：刘建中 承担单位： 中国科学院遗传与发育生物学研究所 中国农业科学院品质资源研究所 中国科学院生态环境研究中心 邮政编码：100101 通讯地址：北京市朝阳区大屯路中国科学院遗传与发育生物学研究所 电话李振声，李滨） 传真：010 电子信箱Email：lizs@genetics.ac.cn, binli@genetics.ac.cn 2003年9月8日 一、计划任务完成情况 本课题承担了如下四项研究任务： 1. 克隆小麦“磷高效”基因，包括高亲和力PO43-转运子基因和能活化土壤中难溶态磷有关的基因，并争取获得转基因植株。 2. 克隆小麦“氮高效”基因，主要是高亲和力NO3-转运子基因。 3. 矮秆基因、或太谷核不育基因、和抗白粉病基因的克隆。 4. 小麦高、低分子量麦谷蛋白基因的克隆 前三项研究任务为原计划任务，第4项为促进我国优质小麦育种而新增的。 完成情况分以下六个方面总结。 （一）小麦高亲和力磷酸根转运蛋白基因（TaPT）的克隆和功能鉴定 磷在土壤中多以难溶态存在，可被植物吸收的土壤溶液中的磷浓度很低，一般为1-2 μM，因此多数土壤需要施用磷肥才能满足植物对磷的需要。大量研究证明，不同物种间，以及同一物种的不同品种间适应土壤缺磷的能力有显著差异，且这种差异主要是因为根系从缺磷土壤中吸收磷的能力不同所致。由于土壤溶液中的磷浓度很低，因此植物吸收土壤磷主要通过高亲和力磷酸根转运蛋白进行。研究小麦转运蛋白基因的功能和表达调控可望揭示磷高效小麦品种高效吸收利用磷素的分子生物学机制。 我们已在小麦中克隆了4个TaPT的全长cDNA序列(accession no. AJ344240, AJ344241, AJ344242, 和AY293828)， 和7个TaPT的片段。这4个全长cDNA序列均编码525氨基酸，相互间的相似性在95%以上。我们用RT-PCR的方法比较了这些基因在磷效率不同的小麦品种中的表达，发现在缺磷条件下，其中一个成员TaPT2在磷高效品种小偃54和洛夫林10号根系中的表达量明显高于在磷低效品种京411根系中的表达（图1）。这说明TaPT2可能在决定小麦品种间磷效率差异上发挥着重要作用。 因此我们对TaPT2的功能进行了研究，发现TaPT2在功能上可以互补酵母高亲和力磷酸根转运蛋白基因突变株MB192（图2）。说明TaPT2是一个具有功能的高亲和力磷酸根转运蛋白基因。目前我们已开始用基因枪转化法将这个基因转入小麦中，研究超量表达TaPT2是否可以增加小麦的磷效率。 图1. TaPT在不同小麦品种根系和叶片中的表达。小偃54、和洛夫林10号为磷高效品种，京411为磷低效品种。 MB192 YPHO84 TaPT2 图2. 小麦TaPT2基因的功能鉴定。酵母MB192突变株由于高亲和力磷酸根转运子编码基因失活，在低磷胁迫下会分泌酸性磷酸酶产生重氮偶合反应而成红色。YPHO84和TaPT2分别含有酵母高亲和力磷酸根转运子编码基因PH084和小麦高亲和力磷酸根转运子编码基因TaPT2，而能从低磷介质中吸收磷，未表现出低磷胁迫反应而成白色，说明TaPT2基因具有与PHO84磷酸转运子基因相似的功能。 （二）活化土壤难溶态磷的基因克隆 已有研究证明柠檬酸可以活化土壤难溶态磷，且超表达柠檬酸合酶（citrate synthase）的植株与野生型相比，其吸磷能力和耐低磷能力明显增强。我们已在磷高效小麦中克隆到2个柠檬酸合酶的全长cDNA序列TaCIT1和TaCIT2，它们分别编码473和472个氨基酸，与水稻OsCIT (AAG28777)有90%的相似性。图3说明TaCIT1在小麦根系中的表达受缺磷引导。目前正在研究这两个基因的功能。 图3. TaCIT1在小麦幼苗根系中的表达 （三）低磷胁迫反应调节基因（phosphorus starvation response transcriptional factor）的克隆 TaPT2基因在根系中的表达因小麦品种不同而异，这种差异的深层原因可能是调控TaPT2表达的机制存在差异。因此有必要深入研究TaPT2的表达调控的分子机制。 他人对绿藻(Chlamydomonas reinhardtii)的