柱花草SgLPR1基因克隆与表达分析_王林杰.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0641王林杰，缪野，邹晓燕，邢玉芬，蒋凌雁，刘国道，陈志坚.柱花草 SgLPR1 基因克隆与表达分析.草业科学,2023,40(7):1856-1865.WANGLJ,MIAOY,ZOUXY,XINGYF,JIANGLY,LIUGD,CHENZJ.CloningandexpressionanalysisofSgLPR1inStylosanthes guianensis.PrataculturalScience,2023,40(7):1856-1865.柱花草SgLPR1基因克隆与表达分析王林杰1，缪野1，邹晓燕1，邢玉芬1，蒋凌雁1，刘国道2，陈志坚1,2（1.海南大学热带作物学院,海南海口570228；2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业农村部华南作物基因资源与种质创制重点实验室,海南海口571101）摘要：植物的生长和发育受土壤磷有效性的影响。柱花草(Stylosanthes guianensis)是主要的热带豆科牧草，对低磷胁迫表现出优良的适应性。由 LPR 基因编码的多铜氧化酶被报道在调控植物根系生长和低磷响应方面发挥重要作用。本研究分析了低磷胁迫对两个柱花草基因型生长的影响，并对 SgLPR1 基因进行了克隆和表达分析。结果表明：相对柱花草基因型TF0285，TF0277具有较高的植株干重和磷吸收效率，且低磷处理促进了TF0277根系的生长。基因克隆分析表明，SgLPR1 基因全长为 1713bp，编码 570 个氨基酸残基，蛋白分子量为 64.1kDa，属于 Cupredoxin 家族成员，亚细胞定位预测 SgLPR1 蛋白定位于内质网上。实时定量聚合酶链反应(PCR)结果表明，SgLPR1 基因在柱花草茎中表达量高于其他组织中的表达量，且在根尖大于 1cm 的根段中表达量最高。相比对照处理，缺氮、缺磷和缺钾处理均增加了 SgLPR1 基因在柱花草叶和根中的表达量。此外，低磷处理增加了 SgLPR1 基因在柱花草TF0277根中的表达，但其在TF0285根中的表达无显著变化。本研究结果揭示了 SgLPR1 可能参与柱花草根系生长对低磷胁迫的应答。关键词：低磷胁迫；植物根系；多铜氧化酶；基因表达；磷效率；大量营养元素文献标识码：A文章编号：1001-0629(2023)07-1856-10Cloning and expression analysis of SgLPR1 in Stylosanthes guianensisWANGLinjie1,MIAOYe1,ZOUXiaoyan1,XINGYufen1,JIANGLingyan1,LIUGuodao2,CHENZhijian1,2(1.CollegeofTropicalCrops,HainanUniversity,Haikou570228,Hainan,China;2.InstituteofTropicalCropGeneticResources,ChineseAcademyofTropicalAgricultureSciencesandKeyLaboratoryofCropGeneResourcesandGermplasmEnhancementinSouthernChina,MinistryofAgricultureandRuralAffair,Haikou571101,Hainan,China)Abstract:Plantgrowthanddevelopmentareaffectedbyphosphorus(P)availabilityinsoils.Stylosanthes guianensis(stylo)isanimportanttropicalforageplantthatexhibitsahighlevelofadaptabilitytolowPstress.Themulticopperoxidaseencoded by the LPR(low phosphate root)gene has been demonstrated to be involved in regulating root growth andphosphate starvation responses.In this study,the effects of P deficiency on the growth of two stylo genotypes wereinvestigated.TheSgLPR1genewascloned,anditsexpressionpatternwasfurtherexamined.TheresultshaveshownthatplantdryweightandPacquisitionefficiencyofthestylogenotypeTF0277werehigherthanthoseofTF0285.RootgrowthwasenhancedinTF0277bylowPtreatmentbutnotinTF0285.ThefulllengthoftheSgLPR1genewas1713bp.TheSgLPR1proteinincluded570aminoacidresidueswithapredictedmolecularweightof64.1kDa.TheSgLPR1proteinbelongedtothecupredoxinfamilyandwaspredictedtobelocatedintheendoplasmicreticulum.qRT-PCRanalysishas收稿日期：2022-08-10接受日期：2022-10-31基金项目：国家自然科学基金项目(31861143013)；财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系(CARS-34)第一作者：王林杰(1998)，女，河南驻马店人，在读硕士生，主要从事热带牧草抗逆研究。E-mail:通信作者：陈志坚(1983)，男，广东英德人，副研究员，博士，主要从事热带牧草植物营养胁迫机理研究。E-mail:1856-1865草业科学第40卷第7期7/2023PRATACULTURALSCIENCEVol.40,No.7http:/shownthattheexpressionsofSgLPR1instemswerehigherthanthoseinothertissues.Furthermore,SgLPR1hadhigherexpressioninroottipsthatwere1cminlength.TheexpressionsofSgLPR1intheleavesandrootsweresignificantlyincreasedbydeficienciesinnitrogen(N),Pandpotassium(K),comparedtotheirrespectivecontrols.ExpressionofSgLPR1increasedwithlowPtreatmentinTF0277butnotinTF0285.Therefore,theseresultssuggestthatSgLPR1mayplayakeyroleintheresponseofrootgrowthtolowPstressinstylo.Keywords:lowphosphorusstress;plantroots;multicopperoxidase;geneexpression;Pefficiency;macronutrientsCorresponding author:CHENZhijianE-mail:氮、磷和钾等是植物生长过程中必不可少的大量营养元素。其中，磷是植物体内核酸、蛋白、磷脂和酶等生物大分子的重要组成元素，参与植物体内多种代谢过程1。磷元素能加速细胞分裂，促使根系和地上部分加快生长，促进花芽分化，提高果实品质；植物缺磷时，生长迟缓，植株矮小，根系不发达，导致作物产量和品质降低2-3。土壤磷主要以磷酸盐的形式分布在许多矿物质中，且易被铁和铝等固定为植物不能直接利用的难溶性磷，从而导致土壤有效磷含量低，限制了作物的生长4-5。植物为适应低磷胁迫的环境，已形成了多种生理生化的适应性变化，如通过调节根系形态及构型、促进根系分泌有机酸、增强高亲和磷转运蛋白表达和激活低磷响应信号等途径活化利用土壤磷6-7。其中，改变根系生长和形态构型是植物对低磷胁迫的重要应答反应8。在低磷胁迫下，植物可通过增加根长、促进侧根生长、增加根毛数量和根表面积等方式扩大对根际土壤磷的吸收面积，从而增强根系吸收磷以适应低磷环境8-10。因此，挖掘和鉴定参与植物根系生长的基因对深入了解植物适应低磷胁迫机制具有重要的意义。植物 LPR(lowphosphateroot)基因编码了多铜氧化酶，LPR 蛋白具有保守的 CuRO_1_BOD_CotA_like,CuRO_2_CotA_like 和 CuRO_3_CotA_like 铜氧化酶结构域11-12。拟南芥(Arabidopsis thaliana)含有 3 个LPR 基因(LPR1、LPR2 和 LPR3)，其中，LPR1 在根尖分生组织和根冠中表达，且定位在内质网上，其被认为是调控拟南芥磷饥饿条件下主根生长的主效基因13-14。研究发现，拟南芥 lpr1、lpr2 以及 lpr1lpr2突变体的主根生长受缺磷抑制程度明显低于野生型拟南芥14-15。水稻(Oryza sativa)含有 5 个 LPR 成员，其中，OsLPR3和 OsLPR5 主要在根中表达，且低磷胁迫增强了 OsLPR3 和 OsLPR5 在根中表达16。进一步研究发现，OsLPR5 蛋白定位在内质网和细胞壁上，并且，突变 OsLPR5 基因抑制了水稻主根长、株高、结实率、千粒重和单株产量17。在甘蓝型油菜(Brassica napus)中也发现 4 个 BnaLPRs 基因对低磷胁迫具有不同的响应，暗示 BnaLPRs 可能在油菜磷信号调控中发挥作用12。因此，LPR 蛋白具有调控植物根系生长响应低磷胁迫的功能。柱花草(Stylosanthes guianensis)是起源于热带地区的豆科牧草，其被广泛应用于豆科绿肥覆盖、果园间作、水土保持和牧草饲料等方面18-20。以往研究表明，柱花草是能在低磷瘦瘠土壤上良好生长的优良豆科牧草21-24。通过对不同柱花草基因型的耐低磷能力进行评价分析，发现柱花草对缺磷土壤的适应性有差异，这种差异主要来自磷吸收效率的不同，表明根系在柱花草响应低磷胁迫方面起重要作用25-27。目前尚少见 LPR 基因在柱花草根系响应低 磷 胁 迫 方 面 的 研 究 报 道。因 此，本 研 究 对SgLPR1 基因进行全长克隆、蛋白结构、同源进化树和基因表达分析，初步探讨 SgLPR1 基因在柱花草根系响应低磷胁迫中的功能。1 材料与方法 1.1 试验材料与处理本研究以两个圭亚那柱花草基因型TF0277和TF0285为研究材料。将柱花草种子置于 80 水浴加热 3min，随后在光照培养箱中萌发 23d。然后，将柱花草幼苗置于 Hoagland 营养液(pH5.8)中进行培养28。参考黄杰等29方法，将正常培养 14d 后的TF0277和TF0285柱花草幼苗进行两个磷浓度处理，分别为 250molL1KH2PO4(正常磷，HP)和 5molL1KH2PO4(低磷，LP)，处理 14d 后，收获地上部和根部样品，测定总根长、干重和全磷含量。在柱花草不同组织部位选取方面，柱花草TF0277在 Hoagland 营养液中正常生长 28d 后，收第7期王林杰等：柱花草 SgLPR1 基因克隆与表达分析1857http:/获根，茎，节和叶，在生长 120d 后收获花，而在生长 140d 后收获种子；以正常生长 28d 的柱花草根系为材料，分别收获于根尖 01、12 和大于 2cm的根中样品。在不同缺素处理方面，参考 Song 等30营养液配方方法，柱花草TF0277正常培养 14d 后，分别进行缺氮(N)，缺磷(P)，缺钾(K)处理，以全营养液为对照处理(CK)，处理 14d 后，收获叶和根系样品。以上样品用于 RNA 提取和基因表达分析。每个处理设置 3 个生物学重复，处理期间每隔7d 更换一次营养液。1.2 根长和磷浓度测定根系样品用扫描仪(EPSON，日本)进行扫描，根系图片用 WinRHIZO 软件(Regent，加拿大)进行根长分析。将柱花草样品烘干至恒重，随后将干样置于马弗炉中 600 高温灰化 10h。采用钼锑抗显色法测定磷浓度，并计算植株磷吸收效率和利用效率，磷吸收效率用植株全磷含量表示，而磷利用效率用单位磷素所获得的植株干重表示24。1.3 SgLPR1基因全长克隆参考参照邹晓燕等28方法获得 SgLPR1 基因全长序列，设计全长克隆引物 SgLPR1-ORF-F/R(表 1)，以 cDNA 为 PCR 模板，扩增 SgLPR1 基因，并对扩增产物进行测序分析，确认 SgLPR1 序列。1.4 SgLPR1 生物信息学分析通 过 ExPASy ProtParam(https:/web.expasy.org/protparam/)分析 SgLPR1 蛋白基本信息；利用 WoLFPSORT(https:/wolfpsort.hgc.jp/)预测 SgLPR1 蛋白定位；利用在线工具SignalP5.0(https:/ 测 SgLPR1 蛋 白 信 号 肽；在 NCBIConservedDomains 网站(http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)中 分 析 蛋 白 结 构 域；利 用MAGA-X 构建同源蛋白进化树。1.5 cDNA 合成及实时定量 PCR(qRT-PCR)分析参照邹晓燕等28方法用TRNzol 试剂(TIANGEN，中国)提取柱花草 RNA。称取 100mg 样品，依次使用 1mLTRNzol、200L 三氯甲烷、500L 异丙醇进行提取，并用 500L 无水乙醇洗涤沉淀，最后加入 30LddH2O 溶解RNA。参考黄杰等29方法，利用HiScript1stStrandcDNASynthesieKit 试剂盒(Vazyme，中国)、QuantStudioTMReal-TimePCR(ThermoFisher，美国)系统和SYBRGreen 定量试剂盒(Vazyme，中国)，进行 qRT-PCR 分析。以 SgEF1a为内参基因计算相对表达量。qRT-PCR 引物如表 1 所列。1.6 数据处理采用 Excel2021 进行数据分析和作图。使用SPSS26.0 进行单因素方差分析和 t-test 分析。2 结果与分析 2.1 外源磷有效性对柱花草干重和总根长的影响本研究分析了外源磷有效性对两个柱花草基因型生长的影响。柱花草植株干重受外源磷有效性的影响，但不同基因型间有所差异(图 1)。低磷处理(LP)显著降低了 TF0277 的植株干重(P0.05)，但对 TF0285 的影响不明显，并且，在两个磷浓度处理下，TF0277 的植株干重均显著高于 TF0285 植株干重(P0.05)，在正常供磷(HP)和低磷处理下，TF0277的植株干重分别是 TF0285 的 6.2 和 3.4 倍。另外，低磷处理显著增加了柱花草 TF0277 总根长(P0.05)，但对 TF0285 总根长影响不明显。低磷处理下柱花草 TF0277 的总根长是正常供磷处理下的 1.8 倍。2.2 外源磷有效性对柱花草磷吸收效率和磷利用效率的影响低磷处理降低了两个柱花草基因型的磷吸收效率(图 2)，但是，TF0277 的磷吸收效率高于 TF0285，在正常供磷和低磷处理下，TF0277 的磷吸收效率分别是 TF0285 的 5.4 和 3.4 倍。另外，低磷处理均增加了两个柱花草基因型的磷利用效率，在低磷处理下 TF0277 和 TF0285 的磷利用效率分别是正常供磷处理下的 7.8 和 8.8 倍。以上结果表明，相对 TF0285，表 1 SgLPR1 基因克隆和 qRT-PCR 引物Table 1 Primers for SgLPR1 cloning and qRT-PCR引物名称Primername引物序列(5-3)Primersequence(5-3)SgLPR1-ORF-FCTAGAATCAGCCATGGACAAAGTTGSgLPR1-ORF-RTCACGCAACGATTTTTAAGGSgLPR1-RT-FCGTGGCATCCGATTCTGCTTACSgLPR1-RT-RGCATCGTTGGCTAGAATTGCAACSgEF1a-RT-FGTGACCTTCGGACCTTCTGGSgEF1a-RT-RTGAGGCAACATAACCACGCT1858草业科学第40卷http:/TF0277 具有较高的磷吸收效率，其可能通过促进根系生长从而增加磷的吸收。2.3 柱花草SgLPR1基因克隆本研究根据 SgLPR1 基因全长序列信息设计基因全长克隆 PCR 引物，以柱花草 TF0277 根系 cDNA为模板，通过 PCR 扩增出SgLPR1 基因。如图 3 所示，SgLPR1 基因全长为 1713bp。2.4 柱花草 SgLPR1 蛋白特性和保守结构域分析利用 ExPASyProtParam 在线分析表明 SgLPR1蛋白包含 570 个氨基酸，蛋白分子量为 64.1kDa，等电点为 8.6。亚细胞定位预测发现，SgLPR1 蛋白定位于内质网上。利用在线工具SignalP5.0 分析信号TF0285-LP TF0277-HPTF0285-HPTF0277-LPabcc00.150.300.452 cm2 cm2 cm2 cmHPLP单株植株干重Plant dry weight per plant/g磷处理 P treatments磷处理 P treatmentsbacc04008001 200HPLP单株总根长Total root length per plant/cmTF0277TF0285TF0277TF0285图 1 不同磷浓度处理对柱花草植株干重和总根长的影响Figure 1 Effects of P treatments on Stylosanthes guianensis dry weight and total root lengthTF0277 和 TF0285 表示两个柱花草基因型；HP，正常供磷；LP，低磷处理；不同小写字母表示不同处理间差异显著(P0.05)。下同。TF0277andTF0285representtwostylogenotypesandHPandLPindicatenormalPandlowPtreatments,respectively.Differentlowercaselettersindicatesignificantdifferencesatthe0.05level.Thisisapplicableforthefollowingfiguresandtablesaswell.abbb00.91.82.7ABHPLP单株磷吸收效率P acquisition efficiency/mgcbca0123HPLP磷利用效率P utilization efficiency/(gmg1)TF0277TF0285TF0277TF0285磷处理 P treatments磷处理 P treatments图 2 不同磷浓度处理下柱花草的磷吸收效率和磷利用效率Figure 2 Effects of P treatments on P acquisition efficiency and P use efficiency in Stylosanthes guianensis第7期王林杰等：柱花草 SgLPR1 基因克隆与表达分析1859http:/肽，结果发现 SgLPR1 蛋白在 2021 氨基酸范围处存在信号肽。用 NCBIConservedDomains 对 SgLPR1蛋白进行保守结构域分析，结果表明该蛋白属于Cupredoxin 家族成员，包含 LPR 蛋白的保守序列，即在 57211、225375 和402568 氨基酸范围内分别包含 CuRO_1_BOD_CotA_like、CuRO_2_CotA_like 和 CuRO_3_CotA_like 结构域(图 4)。2.5 SgLPR1 进化树分析LPRs 蛋白的系统进化树可分为 3 大组(图 5)。第 1 组包括拟南芥、大豆(Glycine max)、木豆(Cajanuscajan)、鹰 嘴 豆(Cicer arietinum)、花 生(Arachishypogaea)和甘蓝型油菜等植物的 LPR 同源蛋白，而水稻、玉米(Zea mays)、高粱(Sorghum bicolor)和节 节 麦(Aegilops tauschii)等 LPR 蛋 白 被 分 为 第2 组；第 3 组包含水稻、玉米、大麦(Hordeum vulgare)和二穗短柄草(Brachypodium distachyon)等 LPR 蛋白。柱花草 SgLPR1 蛋白被分在第 1 组中，与花生AhLPR1.1/1.2、木 豆 CcLPR1 和 大 豆 GmLPR2.1/2.22 000 bp1 500 bp1 000 bpMarkerSgLPR1图 3 SgLPR1 全长 cDNA 的克隆Figure 3 Full length cloning of SgLPR1查 序列 Query seq.175150225300375450525570Domain 2 interfacetrinuclear Cu binding sitetrinuclear Cu binding siteType 1(T1)Cu binding siteCuRO_1_BOD_CotA_likeCupredoxin superfamilyCuRO_2_CotA_likeCupredoxin superfamilyCuRO_3_CotA_likeCupredoxin superfamilyDomain 3 interfaceDomain 1 interfaceDomain 1 interfaceDomain 2 interfaceDomain 3 interfacedimer interfacehexamer interface特定片段 Specific hits 家族 Superfanilies图 4 SgLPR1 蛋白保守结构域分析Figure 4 Analysis of conserved domains of SgLPR1 protein第 2 组 Group II第 3 组 Group III第 1 组 Group ICaLPR2-likeHvLPR2-likeZmLPR2-likeBdLPR1OsLPR2SbLPR2SbLPR4OsLPR4OsLPR5OsLPR3OsLPR1ZmLPR1SbLPR1BnaC06LPR2BnaA09LPR1AtLPR2AtLPR1AtaLPR1AhLPR1.2AtaLPR2AhLPR1.1SgLPR1CcLPR1GmLPR2.2GmLPR2.1图 5 SgLPR1 蛋白进化树分析Figure 5 Phylogenetic analysis of SgLPR1Gm，大豆；Cc，木豆；Ah，花生；Ca，鹰嘴豆；At，拟南芥；Bna，甘蓝型油菜；Sb，高粱；Zm，玉米；Os，水稻；Ata，节节麦；Bd，二穗短柄草；Hv，大麦；Sg，柱花草。Gm,Glycine max;Cc,Cajanuscajan;Ah,Arachishypogaea;Ca,Cicer arietinum;At,Arabidopsis thaliana;Bna,Brassicanapus;Sb,Sorghum bicolor;Zm,Zea mays;Os,Oryza sativa;Ata,Aegilops tauschii;Bd,Brachypodium distachyon;Hv,Hordeum vulgare;Sg,Stylosanthes guianensis.1860草业科学第40卷http:/等蛋白的同源性较高。2.6 SgLPR1基因组织表达分析进一步分析 SgLPR1 基因在柱花草 TF0277 根、茎、叶、节、花和种子中的表达。SgLPR1基因在柱花草不同组织中均有表达。其中，SgLPR1基因在茎中的表达量最高，其次为节、叶、花、种子和根(图 6)。此外，SgLPR1 基因在根尖 12cm 和大于 2cm 的根中表达量显著高于 01cm 处的表达量(P0.05)。2.7 不同缺素处理对SgLPR1基因表达的影响本研究分析了缺氮(N)、缺磷(P)和缺钾(K)处理对 SgLPR1 基因在柱花草 TF0277 叶和根中表达的影响。如图 7 所示，与对照(CK)相比，N、P和K 处理均显著增强了 SgLPR1 在叶中的表达(P0.05)，N、P 和K 处理下的表达量分别是 CK 的2.1、3.1 和 3.6 倍。在根中，N、P 和K 处理均显著增强了 SgLPR1 基因的表达(P0.05)，且 SgLPR1 基因在N 处理下表达量最高，是 CK 处理下的 30.0 倍。2.8 不同磷处理对柱花草总根长和SgLPR1基因表达的影响低磷处理显著增加了 SgLPR1 基因在柱花草TF0277 根中的表达(P2根段 Root regions/cm图 6 SgLPR1 基因在柱花草不同组织中的表达Figure 6 Expression of SgLPR1 in various tissues of stylo*0246CK相对表达量 Relative expression相对表达量 Relative expression缺素处理Nutrient deficiencies缺素处理Nutrient deficiencies0153045CK*叶 Leaf根 RootNPNKPK图 7 不同缺素处理对柱花草 SgLPR1 基因表达的影响Figure 7 Expression analysis of SgLPR1 under nutrient deficienciesCK，对照；N，缺氮处理；P，缺磷处理；K，缺钾处理；*、*、*表示不同营养缺乏处理与对照(CK)差异显著(*，0.01P0.05;*，0.001P0.01;*,P0.001)。CK,control;N,nitrogendeficiency;P,phosphorusdeficiency;K,potassiumdeficiency.*,*,*indicatessignificantdifferencesamongdifferentnutrientdeficienttreatmentsandthecontrol(CK)(*,0.01P0.05;*，0.001P0.01;*,P0.001).第7期王林杰等：柱花草 SgLPR1 基因克隆与表达分析1861http:/TF0285 根中表达量(P0.05)。这表明 SgLPR1 参与了柱花草根系生长对低磷胁迫的响应。3 讨论低磷胁迫抑制植物的生长和产量，调节根系形态和构型是植物增加对土壤磷的吸收的重要方式8,10。本研究发现相对柱花草基因型TF0285，TF0277具有较高的植株干重和磷吸收效率，且低磷处理显著增加了TF0277的总根长。对不同柱花草种质耐低磷能力分析发现，不同柱花草基因型对低磷胁迫的响应有所差异，并且这种差异主要来自磷吸收效率的不同23,27,31。此外，崔航等32对 7 个柱花草基因型根系特征进行研究，发现基根角度较小的柱花草基因型在高磷条件下具有较高的磷吸收效率，而在低磷条件下的磷吸收效率较低。因此，磷高效基因型TF0277可以通过促进根系的生长，吸收更多的磷，从而使生物量有更大的累积。已有研究表明，植物 LPR 蛋白具有调控磷饥饿状况下的根系生长和磷平衡的功能13-16。为探索柱花草根系对低磷胁迫的响应及挖掘其可能调控的基因，本研究克隆了柱花草 SgLPR1 基因。植物LPR 蛋白含有典型的铜氧化酶结构域，例如，水稻LPR 家族成员 OsLPR1、OsLPR3，OsLPR4 和 OsLPR5含 有 3 种 典 型 的 铜 氧 化 酶 结 构 域16，而 拟 南 芥AtLPR1 和 AtLPR2 含有两种典型的铜氧化酶结构域13-15，在甘蓝型油菜 BnaLPRs 家族成员中也发现了相似的结构域12。此外，拟南芥 AtLPR1 定位在内质网上13-14，而水稻 OsLPR5 蛋白定位在内质网和细胞壁上17。在本研究中，柱花草 SgLPR1 蛋白也具有 3 种典型的铜氧化酶结构域 CuRO_1_BOD_CotA_like、CuRO_2_CotA_like 和 CuRO_3_CotA_like(图 4)，并预测定位于内质网上，说明 SgLPR1 具备LPR 蛋白的特性和结构特征。系统进化树分析表明，柱花草 SgLPR1 与拟南芥、大豆、木豆、花生和甘蓝型油菜等 LPR 蛋白被分在第 1 组，且与花生、木豆、大豆和鹰嘴豆等豆科植物的 LPR 蛋白同源性较高(图 5)，暗示这些豆科植物的 LPR 蛋白可能具有相似的生物功能。研究发现，LPR 基因表现出组织表达特异性。例如，拟南芥 AtLPR1 主要在根尖分生组织和根冠中表达14。OsLPR1、OsLPR3、OsLPR4 和 OsLPR5 基因在苗期水稻的根以及根茎结合处的表达量最高，而 OsLPR2 在叶中的表达量较高16。甘蓝型油菜BnaC05LPR1、BnaA09LPR1 和 BnaA07LPR2 在 种 子表达量最高，而 BnaC06LPR2 主要在花中表达12。在本研究中，柱花草 SgLPR1 基因在不同组织中均有表达，且在根尖大于 1cm 的根中表达量较高(图 6)，暗示其可能在这些组织部位中起作用。另外，研究发现，缺磷处理增强了 AtLPR1 在拟南芥基因型Bayreuth 根中的表达14。在水稻中，缺氮处理抑制了 OsLPR3 和 OsLPR5 在根中的表达，而缺磷处理增强了 OsLPR3、OsLPR4 和 OsLPR5 基因在根中的表达，缺钾处理则增强了 OsLPR1-4 在根中的表达16。在甘蓝型油菜中，低磷处理增强了 BnaC05LPR1、BnaC06LPR2 和 BnaA09LPR1 在地上部中的表达，增加 了 BnaC06LPR2、BnaA07LPR2 和 BnaA09LPR1 在根中的表达12。在本研究中，缺氮、缺磷和缺钾处理均不同程度的增强了 SgLPR1 基因在叶和根中的表达(图 7)，表明 SgLPR1 基因在柱花草叶和根中响应了不同营养元素的缺乏胁迫。本研究发现，低磷处理增加了 SgLPR1 基因在磷高效柱花草基因型 TF0277 根中的表达，但对基因型 TF0285 影响不明显(图 8)。已有研究发现，在甘 蓝 型 油 菜 磷 高 效 基 因 型 鄂 油 长 荚 根 部 中，BnaLPRs 基因对磷饥饿也有不同程度的响应，超量表达 BnaA07LPR2基因增加了低磷胁迫下拟南芥根部生物量12。另外，突变 OsLPR5 基因导致水稻主根生长、株高和产量等受到抑制17。因此，SgLPR1与低磷胁迫下柱花草根系生长密切相关，其可能作bbab050100150柱花草基因型 Stylo genotypesHPLP相对表达量 Relative expressionTF0277TF0285图 8 不同磷处理对 SgLPR1 在两个柱花草基因型根中表达的影响Figure 8 Expression of SgLPR1 in root of two Stylosanthesguianensis genotypes under two P treatments1862草业科学第40卷http:/为细胞内的感应器来调节根系生长和低磷响应。4 结论柱花草基因型 TF0277 具有较高的植株干重和磷吸收效率。低磷胁迫促进了柱花草 TF0277 根系生长，并增强了 SgLPR1 基因在柱花草 TF0277 根中的表达。研究结果暗示 SgLPR1 基因可能通过调控柱花草根系生长响应低磷胁迫。参考文献 References:MARSCHNERP.MarschnersMineralNutritionofHigherPlants.3thed.Australia:AcademicPress,2012.1廖红,严小龙.高级植物营养学.北京:科学出版社,2003.LIAOH,YANXL.AdvancedPlantNutrition.Beijing:SciencePress,2003.2LOPEZ-ARREDONDO D L,LEYVA-GONZALEZ M A,GONZALEZ-MORALES S I,LOPEZ-BUCIO 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