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一个新的拟南芥磷饥饿反应突变体筛选体系
常胜合 ` ,舒海燕 ’ ,秦广雍 ’ , 吴 玉萍 ’
(l 郑州大学离子束生物工程实验室 , 河南郑州 4 500 56 ; 2 郑州大学生物工程系 , 河南郑州 4 50 00 1)
摘 要 : 磷是植物 必 需的 一种 大量营养元素 。 农作物 的产量经常因磷饥饿而 受损 。 研 究植物 在磷饥饿
条件下 所发生的 变化 , 有利 于以 后运用基 因工程的手段培育耐低磷农作物 。 将野生型拟 南芥 与磷饥
饿反应突变体进行对比研究 , 能够为植物对磷饥饿反应 的研 究提供 重要线索 。 筛选植物对磷饥俄反
应突变体 , 筛选方法是非常重要 的 。 野 生型拟 南芥在供磷正常的培养基上 竖直培养时主根向下 , 同时
呈较 大幅度的 弯曲 。 在磷饥饿的培养基上主根则几乎是垂直向下 的 , 而且主根相对较 为短小 。 利用这
种现 象 ,在供磷 正常的培养基上种植 的拟南芥植株 中发现了一株 可能 的新的磷饥饿反应 突变体 。
关键词 : 拟 南芥 ;磷饥饿 ; 突变体 ; 筛选
A N e w A ar b故op s is P h o S P h a t e 一 s e n s in g M u t a n t s s e r e e n i n g M e th o d
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K e y w o rd s : A r ab id叩 5 15 , hP o s p h a t e s ta vr a ti o n , M u t a n t , S e er e n
磷是构成生命的重要元素之一 , 也是土壤中有效
性最低的一种营养元素 lt 。 世界上大多数国家的耕地
都面临着缺磷的问题 2[] 。 农作物的产量经常因为磷吸
收不足而受损 。 研究植物在磷饥饿的情况下所发生
的在形态上 、 生理代谢上 的变化 , 对于培育耐低磷农
作物具有重要的意义 。
拟南芥是研究植物生长发 一育的一种模式植物 。 因
为其基因组小 、 生长繁殖速度快而经常用来作为试
验材料研究植物学上的一些基本问题 。 对磷饥饿处
理的拟南芥 , 特别是对以对比研究为目的的野生型
植株和磷感知突变体进行研究 , 可 能会给植物对磷
饥饿反应研究提供重要的线索 。 对于突变体筛选的
成败 , 筛选方法是非常关键的 。 笔者介绍了一种筛选
拟南芥磷饥饿反应突变体的一种新方法 , 并对该方
法的原理进行了讨论 。 运用该方法 , 筛选到了 1 个 一可
能的磷饥饿反应突变体 。
1 材料与方法
1
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1 试验材料 拟南芥 (C ol um ib a 生态型 )野生型种子
为笔者所在实验室保存的种子 。 自交后代用于实验 。
1
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2 试验方 法 称取 2 5 o m g( 约 5 00 粒 )野 生型种子
基金项目 : 河南省教育厅科技攻关项 目“ 小麦耐低磷的分子机理研究 ” ( 2 00 51 04 5 90 0 7) 。 第一作者简介 : 常胜合 , 男 , 19 74 年 出生 ,河南唐河人 , 讲师 , 主要
从事植物逆境研究 。通信地址 : 4 5。。 52 河南省郑州市郑州大学物理工程学院离子束生物工程实验室 , E一 ial : s h cb 二 g@uz . e du . cn 。 收稿 日期 : 2。。5一08 一09 ,修
回日期: 2 00 5一0 8一 14 。
中回浓学通报 第 1 2卷 第 1 2期 2) (X5年 1 2月
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置 于 50m l 三角瓶 内 。 并加入 25 m l 蒸馏水 , 搅拌
30m in ; 在 4℃下放置 12 h , 弃去蒸馏水 , 加入 25 iln
.0 2% (v/ )的甲基磺酸乙醋 (E M s) ,用封 口膜封口后放
在摇床 (25 ℃ )内摇晃 15 h , 转速为 20 pr m , 然后用蒸
馏水漂洗种子 10 次 , 每次 50 m l , 15而n 。 最后一次将
拟南芥种子浸泡在蒸馏水中约 hl 。
将漂洗好的种子置于 4 ℃下 3 d 。 然后将拟南芥种
子用 70 %酒精消毒 , 再用 0 . 1%琼脂悬浮 , 分别播种在
供磷正常的培养基和磷饥饿的培养基上 。 培养基成
分参照 D o n n a 等 ( 2 000) 31[ 的方法进行 。 培养盒在恒温
光照培养箱内垂直培养 。 生长条件为温度 23 ℃ , 光周
期为 16 h 光照 8/ h 暗期 。 生长 2 周后进行观察 。 试验
于 20 05 年 1 月到 7 月在郑州大学离子束生物工程
实验室进行 。
2 结果
从图 1可以看出 , 在供磷正常的培养基上 ,拟南芥
生长比较迅速 , 根和苗都比较大 。 根总体方向向下 ,
但是主根弯曲比较明显 。 在磷饥饿培养基上 , 拟南芥
生长弱小 , 根部短小 , 总体上根垂直向下生长 , 根几
乎没有弯曲或者只有很少的弯曲。
在供磷正常的培养基上 , 发现了一株根部短小 ,
主根垂直向下生长的突变体 (图 2) 。 该突变体在供磷
圈 1 野生型拟南芥在磷饥俄培养甚 (左图 )和供礴正常的培养甚 {右圈 )上的生长情况
规模筛选的专一性筛选方法 。 E立田工山 u e l等 (19 95 )运
用 x ~ ar y 且u~ cecn e seP c tr o m e勿 的方法对经 EM S
圈 2 野生型拟南芥与磷饥饿反应突变体在供磷正常的
培养基上的生长情况
正常的培养基上的生长情况与野生型在磷饥饿培养
基上生长情况相似 。
3 讨论
磷是植物必需的大量营养元素之一 。但是同时 , 磷
也是植物吸收效率最低的营养元素之一 。 在磷饥饿
的状况下 , 植物能够发生许多变化去适应不利的环
境条件 。 例如 , 根冠比增加 、 磷外排减少 、 根毛增多 、
分泌有机酸等以增加对磷的吸收 2[] 。
研究植物磷饥饿反应的一个重要途径是分离筛选
磷饥饿反应突变体 。 利用突变体与野生型植株进行
对比 , 已经在磷饥饿反应方面取得了许多重要结果 。
筛选磷饥饿反应突变体的关键是建立一套适合于大
处理的拟南芥种子的 M Z 代叶片进行磷含量测定 , 发
现了突变体 PH O Z t4] 。 在低磷胁迫条件下野生型植株
分 泌 磷 酸 酶 , 降 解 B C IP (5 七 r o m 0 4 . hic or 一 3一 i-n
do vl 币h o s ph a et ) 释放 出诱颜色 的物质 , o b an 等
(2 0 1) 利用 这个特 点筛选 到 了 突变体 P H o 3 阎 。
D on
a 等 (2 0 0) 将 EM S 诱变过的拟南芥种子 M Z 代
播种在没有磷但是附加有 D N A 的培养基中 , 有机酸
分泌正常的植株在这些培养基上生长正常 , 但是如
果有机酸分泌的功能出现缺陷 , 这些植株则不能够
在这些培养基上正常生长 。 利用这套系统 ,筛选到 2
个与有机酸分泌有关的突变体回。 由此可见 , 一套新
的筛选方法的运用 , 极有可能筛选到新的突变体 。
高等植物的根和芽会独立的显示出正向和负向的
重力效应切。 植物的根向地生长的重力效应的产生主
要依靠根部柱细胞和芽的内皮细胞对重力矢量的感
知切 。 劫即 s 等 l( 995) 将种子播种在琼脂培养基上垂
直培养直到发芽 , 然后转移到含有感兴趣金属元素
的培养基上进行筛选 。 植物的根在筛选培养基旋转
90 度垂直培养 。 过夜培养后对根由于重力作用是否
弯曲进行检测 。 对金属元素敏感的突变体的根不会
弯曲 。 利用该方法 , 筛选到了一个铜元素敏感突变体
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。 将拟南芥幼苗转至选择培养基后 , 把根倒过
来培养 ,非突变体的根由于不生长也就只能停在原来
的位置 , 而突变体可以在这种选择条件下正常生长
并因重力作用向下形成弯钩网 。 将根发生弯曲的个体
挑选出来即为可 能的突变体 。 该方法在锡 l0[] 、 钠 fl ’ ] 、
钾 lz] 等拟南芥突变体的筛选中己得到成功应用 。 与
钠 、 钾等拟南芥突变体不同 , 拟南芥在磷饥饿的培养
基上仍然能够生长并发生弯曲 (图片未显示 ) 。 其原
因一方面可能是种子本身储存有一定量的磷 , 另一
方面 , 配培养基所用的琼脂中可能含有少量的磷 。 但
是这种生长在一定的时间之后被抑制并停止 。 此外 ,
供磷正常培养基上生长的拟南芥的根在垂直培养向
下生长的过程中 , 主根呈波浪型弯曲 , 且生长旺盛 ;
而磷饥饿处理的培养基上生长的拟南芥的根几乎是
垂直的 , 但是较短 , 生长量少 。 在两种处理的培养基
上生长的拟南芥的根的生长有明显差别 。 利用这种
现象 , 很有可能筛选到新的磷饥饿反应突变体 。 笔者
在利用这套筛选系统进行拟南芥磷反应突变体的筛
选过程中 , 发现了一株在供磷正常的培养基上主根
垂直向下生长的植株 , 而且主根较短 。 这个与正常植
株在磷饥饿培养基上表现相似的植株 , 很有可能是
一个新的磷饥饿反应突变体 。 目前该植株正在进行
第二代验证阶段 。
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(上接第 66 页 )
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身的防御反应 , 这应该是 6一 B A 提高水稻抗寒性的重
要原因 。
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