不同磷水平对两种基因型棉花根系形态及磷素吸收基因表达的影响

【摘要】：为了提高棉花磷素利用效率,解析棉花磷高效吸收转运的生理分子机制。本研究以课题组前期筛选出的磷高效型棉花XLZ19和磷低效型棉花XLZ13为研究对象,对两种基因型棉花的磷素累积量、根系形态进行差异比对,并对根系磷素吸收基因的CDS序列进行相关系统进化和生物信息学分析,进一步采用荧光定量PCR技术分析根系磷吸收基因的表达差异。本研究主要结论如下:1、不同基因型棉花的生长受供磷水平的影响。随时间推移,XLZ19在不同磷水平下各器官生物量均高于XLZ13;随磷水平升高,XLZ19能吸收积累较多的磷并形成较多的生物量;XLZ19磷转移系数最高,表现出较强的耐低磷特性,由此证明磷高效基因型棉花较磷低效基因型棉花对土壤有效磷的吸收能力更强。2、不同基因型棉花的根系形态受供磷水平的影响。随时间推移,两基因型棉花的根系形态参数均逐渐增加;在不同磷处理下,XLZ19在生育后期表现出生长优势,其总根长,总根表面积在低磷和适磷处理下整体高于XLZ13,XLZ19根系平均直径在各时期均低于XLZ13;随时间推移,三种直径范围的根系长度均逐渐增加,占比表现为细根(0-0.5 mm)中根(0.5-1.5 mm)粗根(1.5 mm);XLZ19根系形态表现为主根粗壮,表面积以及体积大,细根比例大,总长多的特点,所以XLZ19能在最佳磷水平下表现出更好的吸收磷素的能力。3、经过生物信息学分析和系统进化分析发现陆地棉磷酸盐转运蛋白基因Gh Pht1s与其他植物磷酸盐转运蛋白基因Pht1家族的蛋白质理化性质、蛋白质亲疏水性、保守结构域、跨膜结构域等特征基本符合,Gh Pht1s基因在系统进化树中处于一个锦葵科的大分支上,与雷蒙棉和乔木棉亲缘关系最近,与十字花科植物拟南芥、豆科植物大豆和禾本科植物水稻、黑麦草也存在一定的亲缘关系。4、不同基因型棉花的根系Gh Pht1s基因表达受供磷水平的影响。随时间推移,该五个基因的表达规律为花期苗期;在低磷处理(P0-P3)与适磷处理(P4-P5)下Gh Pht1-5、Gh Pht1-6、Gh Pht1-7、Gh Pht1-15、Gh Pht1-16均受诱导增强表达;低磷处理(P0-P3)下,苗期XLZ19中Gh Pht1s基因的相对表达量为XLZ13的1.07-2.94倍,花期XLZ19中Gh Pht1s基因的相对表达量为XLZ13的1.24-3.24倍,这可能对XLZ19的磷高效表型做出了主要贡献。