全 文 ：园 艺 学 报 2013，40（4）：641–650 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2013–01–11；修回日期：2013–03–20
基金项目：国家自然科学基金项目（31201610）；北京市属高等学校人才强教计划项目（PHR201108274）；北京市自然科学基金项目
（6132005）；北京市科技新星项目（Z111105054511048）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：qinlingbac@126.com）
‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白基因的克隆及荧光
定量表达分析
曹庆芹 1，邓 杰 1，朱丽静 1，白隽帆 1，赵 天 1，朱旭文 1，姜奕晨 2，
邢 宇 2，秦 岭 2,*
（1 北京农学院生物科学与工程学院，北京 102206；2 农业应用新技术北京市重点实验室，北京农学院植物科学技术
学院，北京 102206）
摘 要：采用 MEGA5.0 软件对 9 个森林草莓无机磷转运蛋白序列及 58 个已知的其它植物磷转运蛋
白的氨基酸序列进行聚类分析，发现 5 个基因与菌根磷转运蛋白基因分支聚在一起，初步判断是候选的
草莓菌根磷转运蛋白。根据其基因序列设计引物获得了 5 个‘红颜’草莓候选菌根磷转运蛋白基因全长。
实时荧光定量 PCR 结果表明，FaPT4、FaPT5 和 FaPT8 在草莓菌根中显著上调表达，结合聚类分析结果，
证明这 3 个基因是‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白基因。
关键词：草莓；菌根磷转运蛋白基因；基因克隆；聚类树；荧光定量表达分析
中图分类号：S 668.4 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2013）04-0641-10

The Cloning and Quantitative Expression Analysis of Mycorrhizal
Phosphate Transporter Gene in Fragaria × ananassa
CAO Qing-qin1，DENG Jie1，ZHU Li-jing1，BAI Jun-fan1，ZHAO Tian1，ZHU Xu-wen1，JIANG Yi-chen2，
XING Yu2，and QIN Ling2,*
（1 College of Biological Science and Engineering，Beijing University of Agriculture，Beijing 102206，China；2 Beijing Key
Laboratory for Agricultural Application and New Technique，College of Plant Science and Technology，Beijing University of
Agriculture，Beijing 102206，China）
Abstract：Phylogenetic tree was clustered by MEGA5.0 based on amino acid sequences of nine
Fragaria vesca inorganic phosphate transporters and 58 known phosphate transporters of other plants. The
results showed five inorganic phosphate transporters in Fragaria vesca were gathered the branch of
mycorrhizal phosphate transporter，so these five genes were preliminarily predicted candidates of
mycorrhizal phosphate transporter. Based on homologous sequences，full sequences of these five genes in
Fragaria × ananassa Duch.‘Benihoppe’were obtained. Real-time quantitative PCR showed that，FaPT4，
FaPT5 and FaPT8 genes were dramaticly induced in the mycorrhizal roots of strawberry combined with
cluster result above. Therefore，FaPT4，FaPT5 and FaPT8 were proven to be mycorrhizal phosphate
transporter genes in Fragaria × ananassa Duch.‘Benihoppe’.

642 园 艺 学 报 40 卷
Key words：Fragaria × ananassa；mycorrhizal phosphate transporter gene；gene cloning；
phylogenetic tree；quantitative expression

据统计，土壤中植物可吸收的无机磷浓度仅为 1 ~ 10 μmol · L-1。与其它矿质元素不同的是可溶
性无机磷（Pi）在土壤中的移动性非常弱，极易在根毛附近产生一个磷亏缺区（Javot et al.，2007）。
如何提高土壤中可溶性磷水平以满足植物吸收利用，成为植物磷营养研究的主要内容。
菌根（mycorrhiza）的形成可以显著改善植物体的磷水平，植物可以通过菌根高效吸收土壤中
的磷（曹庆芹 等，2011）。菌根中分布最广的为丛枝状菌根（arbuscular mycorrhiza），80%的维管植
物都可以形成丛枝状菌根（Smith & Read，2008）。丛枝状菌根真菌的菌丝可以延伸到植株根系达不
到的区域，穿过磷亏缺区，扩大植物根系的吸收面积。菌根形成后植物根系吸收的磷几乎都是通过
菌丝体吸收的，而通过根表和根毛吸收的磷极少（Smith et al.，2003，2004），最终所富集的磷都需
要通过植物根系的吸收和转运系统——磷转运蛋白来直接吸收利用（Karandashov & Bucher，2005）。
负责菌根吸收途径的磷转运蛋白在菌根形成后被高效诱导表达，称为菌根磷转运蛋白。第一个植物
菌根磷转运蛋白基因 StPT3 是 Rausch 等（2001）从马铃薯中克隆到。目前菌根磷转运蛋白基因已在
苜蓿（Medicago truncatula）、日本百脉根（Lotus japonicus）、番茄（Lycopersicon esculentum）、杨树
（Populus trichocarpa）、水稻（Oryza sativa）等植物中克隆（曹庆芹 等，2011；Loth-Pereda et al.，
2011；Yang et al.，2012）。已克隆的植物菌根磷转运蛋白基因属于 H2PO4-/H+共运体的 Pht1 家族，
是高亲和力的磷转运蛋白基因家族，这一家族的基因负责着对磷的吸收和体内转运的基本过程。
草莓（Fragaria × ananassa Duch.）缺磷时植株生长发育不良，叶、花、果变小，严重影响草莓
的品质和产量，而通过接种丛枝状菌根真菌可以形成稳定的菌根，显著改善草莓的磷营养，促进花
芽分化，提早成熟，提高果实品质等（郭鹏和贺学礼，2006；Fan et al.，2008；Matsubara et al.，2009）。
本研究中选用栽培草莓品种‘红颜’作为研究材料，发掘和克隆菌根磷转运蛋白基因，进一步利用
荧光定量 PCR 分析其表达特征，为解析草莓菌根磷转运蛋白促磷吸收的分子机制奠定基础，为今后
生产中促进草莓高效吸收土壤中的磷提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料及菌根真菌处理
本试验中以‘红颜’草莓（Fragaria × ananassa Duch.‘Benihoppe’）组培苗作为研究试材。将
陶粒和沙子高温高压灭菌后按 1︰1 比例装入培养钵，培养钵经 1%次氯酸钠灭菌。
设 3 个处理：对照，草莓幼苗用 1/2Hoagland 营养液浇灌（含 0.4 mmol · L-1 KH2PO4）；缺磷和
丛枝状菌根真菌处理，草莓幼苗所浇灌的 1/2Hoagland 不含 KH2PO4，同时在基质中施加难溶性的
Ca3(PO4)2，施加量为 2 g · kg-1。丛枝状菌根真菌处理中 1 000 g 灭菌基质接种 50 g 丛枝状菌根真菌
（Glomus intraradices）（北京市农林科学院植物营养与资源研究所提供），菌剂为 45 孢子 · mL-1。
每处理重复 3 次，每次重复 10 株，培养 1 个月后采样。
1.2 菌根染色
用水冲洗净草莓根系上的陶粒和沙子后，将根系放入 10%的 KOH 溶液中 90 ℃消化 20 min，用
水清洗后，用 2%（体积比）HCl 中和 15 min，倒掉 HCl，加入 0.05%台盼蓝染料，于 90 ℃染色 10
min，置于 Olympus 体式显微镜 SZX12 下观察菌根的结构。
4 期 曹庆芹等：‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白基因的克隆及荧光定量表达分析 643

1.3 RNA 提取及 cDNA 反转录
‘红颜’草莓叶片及根系 RNA 的提取采用 EASYspin 植物 RNA 快速提取试剂盒（北京博迈德
科技发展有限公司）。使用反转录酶 M-MLV（RNase H-）[TaKaRa（大连）有限公司]将 RNA 反转
录成 cDNA。
1.4 基因 ORF 区的扩增
森林草莓（Fragaria vesca）基因组序列已测序完成（Shulaev et al.，2011），根据森林草莓磷转
运蛋白基因序列全长，分别设计 5′引物和 3′引物，克隆‘红颜’草莓 FaPT1、FaPT3、FaPT4、FaPT5
和 FaPT8 基因开放阅读框架（ORF）序列（表 1）。
以‘红颜’草莓 cDNA 为模板进行 PCR 扩增，反应体系为 20 μL：10× PCR 缓冲液 2.0 μL，dNTP
混合物（2.5 mmol · L-1）1.6 μL，上游引物和下游引物（10 μmol · L-1）各 1.0 μL，模板 DNA（20 ng · μL-1）
1.0 μL，高保真聚合酶 LA-Taq 酶（5 U · μL-1）（TaKaRa 公司）0.2 μL。扩增程序：94 ℃变性 5 min
后，94 ℃ 30 s；55 ℃（不同引物退火温度不同）60 s；72 ℃ 60 s 共 35 个循环，最后 72 ℃ 8 min
延伸结束。所用引物序列见表 1（引物由北京擎科新业生物技术有限公司合成）。1%琼脂糖凝胶电
泳检测后用 DNA 回收试剂盒回收目标片段进行 pMD19-T（TaKaRa）T/A 克隆，DNA 测序由
北京中科希林生物科技有限责任公司完成。

表 1 引物序列
Table 1 Listed sequence of primers
用途
Use
‘红颜’草莓基因
Gene of Benihoppe
引物序列
Primer sequence 5′→3′
退火温度/℃
Annealing
temperature
ATGGCTATAGCTGTACTGGCTGC FaPT4
TCAATCATCATCACTCATTTGTG
55
ATGGCTAAAGACCAATTGGAGGTG FaPT3
TCAGGCCTGCTGACTAGATTGTG
56
ATGGCTAAAGAGCAATTAGGAGTGC FaPT1
TCAGACATCAACCGGAACAGTTC
55
ATGGCTATAGCCGTGCTGAATGC FaPT5
CTAGCTGGTGACTGGTGTAGCG
58
ATGGCAGAGGGAAGAGAGTCC
ORF 扩增
ORF amplification
FaPT8
TCAAACCATTTCCATTTCAGCTTGTG
55
TGGGTTTGCTGGAGATGAT 荧光定量 PCR
Quantitative PCR
FaActin
CAGTTAGGAGAACTGGGTGC
55
GGACCCGAAGAAGACCGACGC FaPT1
GCCTGCTCCTCCGTAGCCTCAT
55
ACCCTGCCGAGTATTCCGACG FaPT5
GCTTGCTTGGCGTTTCCTTC
55
CATCACTGCCGTCACGAAACTTA FaPT8
CCAAATAGAGCAACCCCCGTTAT
55
TTCATTTGGGAAACAACCTAAG FaPT3
CTGCTTGTGGGAAAATAGAGG
55
FaPT4 TACCAAATGCACCGACCATC 55
AACTTTGGTCCGAACAGCAC

1.5 实时荧光定量 PCR 分析（qRT-PCR）
采用实时荧光定量 PCR 的方法，对对照、菌根菌处理和缺磷 3 个处理的‘红颜’草莓根和叶片
进行相对表达量的检测。
644 园 艺 学 报 40 卷
分别提取各处理根系和叶片的 RNA，并反转录 cDNA 第 1 链。以反转录后的 cDNA 为模板，
根据菌根候选 PT 基因全序列设计荧光定量 PCR 引物（表 1），研究菌根候选 PT 基因在不同处理下
的表达情况。内标基因采用 Actin 进行测定。
荧光定量 PCR 采用 SYBR premix EX TaqTM reagent 试剂盒（TaKaRa），按说明书进行。
qRT-PCR 反应体系为 10 μL，包括 5 μL SYBR premix Ex Taq 混合液，1 μL cDNA，引物各 0.25 μL、
3.5 μL ddH2O。反应程序为：95 ℃变性 3 min 后，94 20 s℃ ；55 ℃退火 20 s；72 ℃延伸 20 s 共 40
次循环。每次循环第 3 步进行荧光采集，最后退火至 65 ℃，每隔 30 s 上升 0. 5 ℃，至 95 ℃变性 1 min。
检测其荧光值，绘制溶解曲线。qRT-PCR 反应于 Bio-RAD C1000TM Thermal Cycler 上进行，使用
CFX96TM 系统进行荧光采集。cDNA 标样和待测样均设置 3 次重复。
数据采用 SPSS13.0 进行方差分析，Excel 2007 作图。
1.6 系统进化树的构建与蛋白质结构分析
采用 MEGA5.0 构建系统进化树。
利用 BLAST 软件（http：//www. ncbi. nlm. nih. gov/BLAST）进行序列相似性分析。Pht1 无机磷
家族成员结构具有高度保守性，以 FaPT5 基因推导的氨基酸序列为例，对其跨膜结构、亲水性以及
空间结构等进行分析。
利用 TMHMM（http：//genome. cbs. dtu. dk/services/TMHMM）对蛋白质进行跨膜分析；蛋白质
分析专家系统的在线工具 ProtParam（http：//web. expasy. org/protparam/）分析其蛋白组分；利用
ProtScale（http：//ca. expasy. org/tools/protscale. html）分析氨基酸序列的亲/疏水性；利用 SWISS-
MODEL（http：//swissmodel. expasy. org）进行蛋白质三维结构的空间预测。
根据 http：//www. expasy. org/tools/pi_tool. html 在线软件对 FaPT5 编码的氨基酸分子量和等电
点进行分析。
2 结果与分析
2.1 森林草莓无机磷转运蛋白的聚类分析
从森林草莓测序基因组序列中发掘了 9 个无机磷转运蛋白基因，根据其氨基酸序列及结合 58
个其它植物的磷转运蛋白采用 MEGA5.0 构建了系统进化树（图 1）。红色线标记为已报道来自其它
植物的 24 个菌根磷转运蛋白，如藜蒺苜蓿、杨树、番茄等，及位于这一分支的森林草莓无机磷转运
蛋白，包括 5 个森林草莓无机磷转运蛋白基因 fvpht1-11-13115、fvpht1-11-13116、fvpht1-2-21380、
fvpht1-4-11456 和 fvpht1-4-11457，由于这 5 个基因与菌根磷转运蛋白基因具有最近的亲缘关系，因
此推测这 5 个基因为森林草莓候选菌根磷转运蛋白基因。
2.2 ‘红颜’草莓候选菌根磷转运蛋白基因的克隆及序列分析
2.2.1 候选的‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白基因的扩增
‘红颜’草莓（Fragaria × ananassa Duch.‘Benihoppe’）和森林草莓（Fragaria vesca）亲缘关
系近，各基因间序列相似度很高。根据保守的序列位点，以‘红颜’草莓 cDNA 为模板，获得 5 个
‘红颜’草莓无机磷转运蛋白基因的完整开放阅读框架（ORF），分别命名为 FaPT1、FaPT3、FaPT4、
FaPT5 和 FaPT8。无机磷转运蛋白基因属于 Pht1 家族。有研究表明，所有植物 Pht1 家族磷转运蛋
白（包括真菌）都具有保守特征序列 GGDYPLSATIxSE（朱先灿和宋凤斌，2009），本试验中，5 个
‘红颜’草莓候选菌根磷转运蛋白也都具有此选择特征序列 GGDYPLSATIMSE。
4 期 曹庆芹等：‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白基因的克隆及荧光定量表达分析 645






















图 1 根据氨基酸序列聚类的植物无机磷转运蛋白进化关系分析
le. 番茄；st. 马铃薯；mt. 藜蒺苜蓿；nt. 烟草；ptr. 杨树；sm. 茄子；cf. 胡椒；fv. 森林草莓；os. 水稻；lj. 日本百脉根；
ta. 小麦；horvu. 大麦。红色线代表菌根磷转运蛋白及 5 个候选的森林草莓菌根磷转运蛋白。
Fig. 1 Phylogenetic relationship based on amino acid sequences among plant inorganic phosphate transporters
le. Lycopersicon esculentum；st. Solanum tuberosum；mt. Medicago truncatula；nt. Nicotiana tabacum；ptr. Populus trichocarpa；sm. Solanum
melongena；cf. Capsicum frutescens；fv. Fragaria vesca；os. Oryza sativa；lj. Lotus japonicus；ta. Triticum aestivum；horvu. Hordeum vulgare.
Red line marks mycorrhizal phosphate transporters（MPT）andfive candidate MPTs in Fragaria vesca.

2.2.2 ‘红颜’草莓与森林草莓候选菌根磷转运蛋白基因的序列差异分析
分别将 5 个‘红颜’草莓和森林草莓候选菌根磷转运蛋白基因序列进行比对（表 2），发现在核
酸序列及氨基酸序列上存在着变异位点。


表 2 ‘红颜’草莓和森林草莓候选菌根磷转运蛋白基因核酸序列及氨基酸序列差异分析
Table 2 Comparison analysis of nucleotide sequence and amino acid sequence of candidate mycorrhizal phosphate transporter genes
between Fragaria × ananassa and Fragaria vesca
核苷酸水平变异
Variations at the level of nucleotide
氨基酸水平差异
Variations at the level of amino acid 森林草莓
Fragaria vesca
‘红颜’草莓
Fragaria ×
ananassa
开放阅读框
架/ bp
Open reading
frame 位点 Base 变异率/% Rate 位点 Base 变异率/% Rate
FvPht1-11-13115 FaPT5 1 590 17 1.07 3 0.57
FvPht1-11-13116 FaPT4 1 566 29 1.85 2 0.38
FvPht1-2-21380 FaPT8 1 698 8 0.47 1 0.18
FvPht1-4-11456 FaPT1 1 623 25 1.54 3 0.56
FvPht1-4-11457 FaPT3 1 560 3 0.06 1 0.06
646 园 艺 学 报 40 卷
以森林草莓 FvPht1-11-13115 和‘红颜’草莓 FaPT5 基因为例，两者序列之间高度相似，FaPT5
核酸序列在第 23、86、224、353、614、725、800、832、881、923、989、995、1 000、1 073、1 088、
1 178 和 1 365 的 DNA 位点发生变异，即有 17 个不同的 DNA 位点，核苷酸变异率为 1.07%，经推
导的氨基酸序列有 3 个氨基酸位点发生变异，氨基酸水平变异率为 0.57%（表 2）。
2.3 不同栽培条件下‘红颜’草莓根系生长状态分析
将‘红颜’草莓的生根组培苗进行栽培，培养 1 个月后其根系的菌根侵染状况见图 2。丛枝状
菌根真菌处理已经在根内皮层细胞形成了菌根真菌的特征性结构，而对照和缺磷处理未见菌根侵染。













图 2 不同栽培条件下 1 个月后的‘红颜’草莓根系
A：不接种，正常磷基质；B：接种 G. intraradices，缺磷基质；
C：不接种，缺磷基质。
Fig. 2 The roots of Fragaria × ananassa Duch.‘Benihoppe’under different cultivation conditions after one month
A：Uninoculated，normal phosphate level；B：Inoculated by G. intraradices，phosphate starvation；
C：Uninoculated，phosphate starvation.

2.4 ‘红颜’草莓候选菌根磷转运蛋白基因实时荧光定量 PCR 分析
5 个候选菌根磷转运蛋白基因在‘红颜’草莓根系的表达模式如图 3 所示。候选基因在对照（不
接种菌根真菌，正常磷基质处理）根系中表达量均较低。在接种菌根真菌处理中，FaPT4、FaPT5
和 FaPT8 在根系中的表达量极显著上调，与对照相比，分别上调表达了 182、160 和 80 倍，说明这
3 个基因在丛枝状菌根真菌处理下被高效激活，与丛枝状菌根真菌共生密切相关，高效吸收土壤中
的磷；而 FaPT1 和 FaPT3 基因的表达量显著下调，分别为对照的 20.83%和 31.25%。此外，这 5 个
候选基因在不接种菌根真菌、缺磷基质处理下根中的表达量均下调，表明严重缺磷条件下抑制了这
5 个基因的表达。
5 个候选菌根磷转运蛋白基因在红颜草莓叶片的表达模式如图 4 所示。FaPT4、FaPT5 和 FaPT8
在接种菌根真菌处理的叶片中表达量与对照没有显著差异，FaPT3 基因则上调表达，FaPT1 显著下
调。在不接种缺磷基质处理叶片中 5 个候选基因除 FaPT1 显著下调外，其余基因差异不大。
结合聚类分析结果（图 1）及基因表达结果（图 3），判断 FaPT4、FaPT5 和 FaPT8 为在菌根中
被高效诱导表达的磷转运蛋白基因，其它两个基因 FaPT1 和 FaPT3 在菌根中没有被诱导表达，因
此不是菌根磷转运蛋白基因，而 FaPT3 基因在接种菌根真菌处理叶片中上调表达，所以可能与菌根
4 期 曹庆芹等：‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白基因的克隆及荧光定量表达分析 647

促磷吸收过程叶片中磷的转运和分配有关。这 5 个基因在缺磷处理根系中表达均下调，因此可能与
缺磷过程磷的吸收无关。


图 3 ‘红颜’草莓根系候选菌根磷转运蛋白基因的表达
Fig. 3 Relative expression of candidate mycorrhizal PT genes in the roots of‘Benihoppe’strawberry




图 4 红颜草莓叶片候选菌根磷转运蛋白基因的表达
Fig. 4 Relative expression of candidate mycorrhizal PT genes in the leaves of‘Benihoppe’strawberry


2.5 ‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白 FaPT5 结构分析
FaPT5 基因编码 529 个氨基酸，其中疏水氨基酸 275 个，亲水氨基酸 119 个。FaPT5 分子量约
为 58.5 kD，预测 pI 值为 8.88。
TMHMM 跨膜预测分析（图 5）表明 FaPT5 蛋白由 11 个疏水跨膜区域组成，为“6–环–5”
结构。其跨膜区域分别为 21 ~ 43 位、63 ~ 85 位、97 ~ 119 位、129 ~ 148 位、161 ~ 183 位、215 ~ 234
位、347 ~ 365 位、375 ~ 397 位、404 ~ 426 位、441 ~ 463 位、475 ~ 492 位的区段。
FaPT5 蛋白含有 9 个高疏水性区，其中 97 ~ 119 位的区段具有明显的疏水性（图 6），与 TMHMM
预测结果（图 5）完全吻合，其高亲水性区域处于第 6、7 个跨膜区域之间。
由三维结构空间预测模型（图 7）可以看出 FaPT5 三维结构包含 α 螺旋和 β 折叠等二级结构单
元。
648 园 艺 学 报 40 卷

图 5 Fapt5 蛋白跨膜分析
Fig. 5 Analysis of the transmembrane domain of FaPT5













图 6 FaPT5 蛋白亲/疏水性分布曲线
Fig. 6 The distributing curve of FaPT5 hydropathy


















图 7 FaPT5 蛋白三级结构分析
Fig. 7 Analysis of FaPT5 tertiary structure
4 期 曹庆芹等：‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白基因的克隆及荧光定量表达分析 649

3 讨论
从真菌、酵母和高等植物中分离得到的磷转运蛋白均有共同的保守结构，一般包括多个疏水跨
膜结构，且由一个带电荷的亲水区域分隔成两组，并具有保守特征序列 GGDYPLSATIxSE，属于
H2PO4
–/H+共运体 Pht1 家族（朱先灿和宋凤斌，2009）。本研究中，已克隆的 5 个‘红颜’草莓候选
菌根磷转运蛋白均具有 Pht1 家族的保守特征序列（图 6），属于植物 Pht1 家族。
植物菌根磷转运蛋白的开放阅读框一般长 1 500 ~ 1 800 bp，编码 500 ~ 600 个氨基酸，分子量
为 58 kD 左右，这一特点为研究其它植物的菌根磷转运蛋白提供了一个捷径（郑飞，2009；张立军，
2011）。目前已经克隆的菌根磷转运蛋白基因有苜蓿 MtPT4（Harrison et al.，2002）、番茄 LePT4（Xu
et al.，2007）、杨树 Ptrpht1-8 和 Ptrpht1-10（Loth-Pereda et al.，2011）、大豆 GmPT7、GmPT10 和
GmPT11（Tamura et al.，2012），以及水稻 OsPT11（Yang et al.，2012）等。本研究中通过信息挖掘、
表达分析明确了 FaPT4、FaPT5 和 FaPT8 为‘红颜’菌根磷转运蛋白基因，这与已发掘的植物中大
多数具有 2 个及以上的菌根磷转运蛋白基因的结果相一致，譬如杨树（Loth-Pereda et al.，2011）和
大豆（Tamura et al.，2012）等。本研究中以克隆得到的‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白 FaPT5 为例进
行了蛋白质结构分析，与其它磷转运蛋白（郑飞，2009）相似的是，FaPT5 的亲水环也处在第 6 个
和第 7 个跨膜区域之间，说明‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白 FaPT5 是高亲和的菌根磷转运蛋白。但
‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白在跨膜数上也有其不同之处。据研究，玉米（Zea mays）磷转运蛋白
ZmPT1 ~ ZmPT9（ZmPT5 除外）的跨膜区域数量在 4 ~ 6 个之间（张立军，2011），小麦（Triticum
aestivum）磷转运蛋白 TaPT1 ~ TaPT11 的跨膜区域数量在 3 ~ 15 个之间（郑飞，2009）。而‘红颜’
草莓菌根磷转运蛋白 FaPT5 的跨膜区域预测有 11 个，这说明在植物演化过程中，跨膜区域的数量
出现了变化。
菌根磷转运蛋白基因是在植物菌根真菌共生过程中被特异性或诱导性驱动的基因，根据植物磷
转运蛋白响应菌根共生的表达特征，可以将其分为两类。第一类是菌根诱导的磷转运蛋白，在没有
真菌侵染时能在植物根系中表达，当接种真菌后能够增强基因的表达。第二类是菌根特异的磷转运
蛋白，只在真菌共生的植物根系中专一性表达，而在不接种真菌的植物中不会表达（曹庆芹 等，
2011）。本试验中 3 个菌根磷转运蛋白基因在未接种真菌的草莓根系中低水平表达，在接种真菌根系
中高水平表达，因此属于菌根诱导的磷转运蛋白类型。此外，菌根磷转运蛋白基因的表达还与磷水
平有关，在低磷水平下高效激活，高磷水平下抑制菌根磷转运蛋白基因的表达，但与磷饥饿途径磷
的吸收无关（Nagy et al.，2009）。本研究表明在缺磷条件下，菌根真菌（G. intraradices）与‘红颜’
草莓根系共生形成了丛枝状菌根（图 2），丛枝是共生体间可溶性物质的交换场所，进行双向营养交
换（Smith & Read，2008）。丛枝状菌根真菌菌丝体可以扩大草莓根系的吸收面积，富集可溶性磷，
草莓菌根中 3 个菌根磷转运蛋白被高效诱导表达，而在正常磷水平及缺磷时低水平表达，这与其它
菌根磷转运蛋白基因的表达特性（曹庆芹 等，2011）一致。
在系统发育的基础上对已克隆的‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白进行生物信息学分析，较完整地
解析了其结构。在此基础上，进一步研究调控菌根磷转运蛋白的转录因子和与之相结合的启动子关
键调控元件，来证实是否在低磷条件、菌根形成过程中激活并诱导了草莓菌根磷转运蛋白基因。现
已得到 3 个‘红颜’草莓菌根磷转运蛋白基因的序列全长，将通过后续试验对其进行基因定位，及
其通过 RNA 干扰试验，研究基因沉默后菌根形态的变化及对草莓生长发育的影响，从而进一步解
析红颜草莓菌根磷转运蛋白促磷吸收的分子机制。

650 园 艺 学 报 40 卷
References
Cao Qing-qin，Feng Yong-qing，Liu Yu-fen，Guo Xian-ping，Zhang Guo-qing，Qin Ling. 2011. Advance of plant phosphorus uptake improved by
mycorrhiza fungi. Chinese Bulletin of Life Sciences，(4)：407–413. (in Chinese)
曹庆芹，冯永庆，刘玉芬，郭献平，张国庆，秦 岭. 2011. 菌根真菌促进植物磷吸收研究进展. 生命科学，(4)：407–413.
Fan Y Q，Luan Y S，An L J，Yu K. 2008. Arbuscular mycorrhizae formed by Penicillium pinophilum improve the growth，nutrient uptake and
photosynthesis of strawberry with two inoculum-types. Biotechnology Letters，30：1489–1494.
Guo Peng，He Xue-li. 2006. Inoculation effect of arbuscular mycorrhizal fungi for strawberry. Journal of Agricultural University of Hebei，29 (4)：
53–56. (in Chinese)
郭 鹏，贺学礼. 2006. AM 真菌对草莓的接种效应研究. 河北农业大学学报，29 (4)：53–56.
Harrison M J，Dewbre G R，Liu J Y. 2002. A phosphate transporter from Medicago truncatula involved in the acquisition of phosphate released by
arbuscular mycorrhizal fungi. Plant Cell，14：2413–2429.
Javot H，Pumplin N，Harrison M J. 2007. Phosphate in the arbuscular mycorrhizal symbiosis：Transport properties and regulatory roles. Plant Cell
and Environment，30：310–322.
Karandashov V，Bucher M. 2005. Symbiotic phosphate transport in arbuscular mycorrhizal. Trends in Plant Science，10：22–29.
Loth-Pereda V，Orsini E，Courty P，Lota F，Kohler A，Diss L，Blaudez1 D，Chalot M，Nehls U，Bucher M，Martin F. 2011. Structure and expression
profile of the phosphate Pht1 transporter gene family in mycorrhizal Populus trichocarpa. Plant Physiology，156 (4)：2141–2154.
Matsubara Y，Ishigaki T，Koshikawa K. 2009. Changes in free amino acid concentrations in mycorrhizal strawberry plants. Scientia Horticulturae，
119 (4)：392–396.
Nagy R，Drissner D，Amrhein N，Jakobsen I，Bucher M. 2009. Mycorrhizal phosphate uptake pathway in tomato is phosphorus-repressible and
transcriptionally regulated. New Phytologist，181：950–959.
Rausch C，Daram P，Brunner S，Jansa J，Laloi M，Leggewie G，Amrhein N，Bucher M. 2001. A phosphate transporter expressed in
arbuscule-containing cells in potato. Nature，414：462–470.
Shulaev V，Sargent D J，Crowhurst R N，Mockler T C，Folkerts O，Delcher A R，Jaiswal P，Mockaitis K，Liston A，Mane S P，Burns P，
Davis T M，Slovin J P，Bassil N，Hellens R P，Evans C，Harkins T，Kodira C，Desany B，Crasta O R，Jensen R V，Allan A C，Michael
T P，Setubal J C，Celton J M. 2011. The genome of woodland strawberry（Fragaria vesca）. Nature Genetics，43：109–116.
Smith S E，Read D J. 2008. Mycorrhizal symbiosis. Cambridge：Academic Press.
Smith S E，Smith F A，Jakobsen I. 2003. Mycorrhizal fungi can dominate phosphate supply to plants irrespective of growth responses. Plant
Physiology，33：16–20.
Smith S E，Smith F A，Jakobsen I. 2004. Functional diversity in arbuscular mycorrhizal（AM）symbioses：The contribution of the mycorrhizal P
uptake pathway is not correlated with mycorrhizal responses in growth or total P uptake. New Phytologist，162：511–524.
Tamura Y，Kobae Y，Mizuno T，Hata S. 2012. Identification and expression analysis of arbuscular mycorrhiza-inducible phosphate transporter genes
of soybean. Biosci Biotechnol Biochem，76 (2)：309–313.
Xu G H，Chague V，Melamed-Bessudo C，Kapulnik Y，Jain A，Raghothama K G，Levy A A，Silber A. 2007. Functional characterization of LePT4：
A phosphate transporter in tomato with mycorrhiza-enhanced expression. Journal of Experimental Botany，58：2491–2501.
Yang S Y，Grønlund M，Jakobsen I，Grotemeyer M S，Rentsch D，Miyao A，Hirochika H，Kumar C S，Sundaresan V，Salamin N，Catausan
S，Mattes N，Heuer S，Paszkowski U. 2012. Nonredundant regulation of rice arbuscular mycorrhizal symbiosis by two members of the
PHOSPHATE TRANSPORTER1 gene family. Plant Cell，24 (10)：4236–4251.
Zhang Li-jun. 2011. Molecular characterization and corresponding biological functions of phosphate transporter genes in wheat（Triticum aestivum
L.）[M. D. Dissertation]. Baoding：Agricultural University of Hebei. (in Chinese)
张立军. 2011. 小麦磷转运蛋白基因的分子特征和生物学功能研究[硕士论文]. 保定：河北农业大学.
Zheng Fei. 2009. Cloning and analysis of phosphate transporter protein gene（PT）in maize[M. D. Dissertation]. Ya’an：Sichuan Agricultural
University. (in Chinese)
郑 飞. 2009. 玉米磷转运蛋白基因同源序列克隆与分析[硕士论文]. 雅安：四川农业大学.
Zhu Xian-can，Song Feng-bin. 2009. Advances of study on arbuscular mycorrhizal symbiotic phosphate transporter in plants. China Biotechnology，
29 (12)：108–113. (in Chinese)
朱先灿，宋凤斌. 2009. 植物菌根共生磷酸盐转运蛋白. 中国生物工程杂志，29 (12)：108–113.