中文摘要：

蛋白磷酸酶具有催化蛋白脱磷酸化的功能，但是其参与植物适应低磷胁迫的生物学功能鲜有报道。申请者前期通过抑制缩减杂交库，在磷高效菜豆基因型上筛选到对低磷胁迫强烈响应的新型蛋白磷酸酶PvPS2:1(PvHAD1)；超量表达PvHAD1提高了转基因菜豆毛根和拟南芥的磷效率，说明该基因家族可能是解释豆科作物磷高效的分子机理之一。本项目将在现有的研究基础上，以基因组测序完成的、我国重要的豆科作物大豆为研究对象。研究大豆HAD基因家族对外源磷营养的响应。选取对低磷胁迫响应、根系特异表达GmHAD1，利用酵母双杂交技术筛选与其互作的蛋白；通过本实验室已建立的大豆毛根和整株转化技术平台，从根系和植株水平研究GmHAD1对提高大豆磷效率的贡献，以期解析蛋白磷酸酶GmHAD调控大豆响应磷营养变化的分子机理，为培育磷高效的大豆品种提供候选基因和理论基础。

结论摘要：

磷是植物所必需的大量元素之一，在植物的生长发育中发挥着重要的作用。土壤中有效磷缺乏已经成为限制作物生长发育的主要因素。以往的研究表明，作物提高根系酸性磷酸酶活性是作物适应低磷胁迫的重要机制之一。本项目以编码新型酸性磷酸酶，High halogen acid dehydrogenase 1 ( HAD1) 家族为研究对象，在大豆中克隆了GmHAD1家族的10个成员。通过定量PCR分析了低磷胁迫对GmHAD1家族成员在大豆不同部位表达模式的调控。在此基础上，选取在大豆叶和根中受低磷胁迫显著增强表达较高的GmHAD1-2为候选基因，进一步研究其酶学的特性和参与调控作物磷效率的生物学功能。主要研究结果表明，低磷胁迫显著加强GmHAD1家族成员在大豆叶、根、花和豆荚等不同器官的表达。尤其是 GmHAD1-2、 GmHAD1-4、GmHAD1-6 和 GmHAD1-7的表达量在大豆中被低磷胁迫上调了10倍以上。通过大肠杆菌的融合表达系统，纯化获得了GmHAD1-2:GST融合表达蛋白。酶学性质的分析结果表明，GmHAD1-2对对硝基苯磷酸环己胺（ρ-NPP）和磷酸化的丝氨酸具有较高的水解酶活性，说明GmHAD1-2兼有酸性磷酸酶和蛋白磷酸酶的酶学性质。通过对GmHAD1-2的RNAi转基因大豆复合植株的研究，发现抑制GmHAD1-2表达显著抑制了大豆复合植株的生长和磷含量。对超量表达GmHAD1-2的转基因拟南芥的分析结果表明，在供磷条件下，超量表达GmHAD1-2的两个株系的鲜重分别比野生型提高了约40%和37%，侧根长提高了约100%和70%。而且，超量表达GmHAD1-2的株系的磷含量显著高于野生型。在此基础上，我们结合双向电泳技术和磷酸化蛋白的染色技术，比较了野生型和超量表达GmHAD1-2转基因株系磷酸化蛋白谱的变化。结果显示，与野生型相比，超量表达GmHAD1-2显著改变了拟南芥磷酸化蛋白谱。其中，有8个蛋白点在转基因株系中的磷酸化水平显著低于野生型。这些结果表明GmHAD1-2是新型的蛋白磷酸酶，通过控制根系的生长，参与调控植物磷效率的生物学功能。