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紫云英(Astragalus sinicus,A.sinicus)是一种普遍种植的绿肥作物,它可以固定空气中的氮气,又能够高效地积累无机磷(Phosphate,Pi)。紫云英翻压腐解后还能向土壤中释放大量的矿质营养和有机质,有利于改良土壤特性,增加下茬作物产量。但是紫云英无机磷吸收和储存的品种差异及分子机制尚不明确。为此,本研究系统地分析了我国不同地域收集的6个不同紫云英品种(信白1号-XB,余江大叶-YJ,弋江籽-YZ,信紫1号-XZ,皖紫1号-WZ,湘肥2号-XF)响应外界不同磷素供应时的形态特征和无机磷含量。并借助三代全长转录组测序技术获得了部分磷信号和磷酸盐吸收,储存基因的序列信息。本研究进一步利用qRT-PCR技术分析了这些基因在低磷耐受和敏感品种中的表达差异,最终解析了紫云英品种间磷饥饿响应信号系统的差异。研究结果如下:(1)不同供磷水平下,6个紫云英品种的生理表型存在差异:低磷胁迫时,YJ生长受到的抑制程度最大,XZ受影响最小。XZ的有效磷积含量最高,YJ的有效磷积含量最低。此外,YJ受到低磷胁迫时,叶片花青素的积累量显著增加,而XZ叶片花青素的含量受低磷胁迫影响不大。这表明,YJ是一个低磷敏感品种,而XZ是一个低磷耐受品种。(2)在紫云英全长cDNA序列数据库中鉴定到2个磷饥饿特异诱导基因AsIPS1/2,5个含SPX结构域蛋白AsSPX1-5,2个关键的磷信号转录因子AsPHR1/2,6个质膜无机磷酸盐转运体(PHT1家族)AsPT2/4/5/6/7/8,2个液泡膜无机磷内排转运体AsSPX-MFS1/2,1个液泡膜无机磷外排转运体AsVPE1。其中AsVPE1定位于液泡膜,且具有磷酸盐跨膜转运能力。这些分析表明,紫云英中磷饥饿响应信号系统基因非常保守,与拟南芥,水稻等模式植物高度同源。(3)在低磷胁迫下,紫云英磷饥饿响应信号基因(AsIPS1/2,AsSPX2/4/5)和质膜磷酸盐转运基因(AsPT2/5/6/7)的表达受到强烈诱导;且该条件下,磷信号基因和质膜磷酸盐转运基因在YJ和XZ中的表达丰度没有差异。(4)在低磷胁迫下,液泡磷酸盐内排基因(AsSPX-MFS1/2)的表达下调,而液泡磷酸盐外排基因(AsVPE1)的表达受到诱导。进一步分析发现,在中磷(MP)和低磷(LP)条件下,YJ地上部AsSPX-MFS1/2的表达量显著低于XZ,而AsVPE1的表达量显著高于XZ。这表明,紫云英无机磷积累量与AsSPX-MFS1/2的表达水平正相关,与AsVPE1的表达水平负相关。综上所述,不同紫云英品种在适应外界磷胁迫时的生理表型和无机磷积累水平存在差异,紫云英磷信号和磷平衡基因的表达模式与水稻,拟南芥等具有保守性。紫云英无机磷积累差异与液泡无机磷转运体的表达丰度有关。另外,分析AsSPX-MFS2与AsVPE1的表达水平可以用来筛选无机磷高效储存的紫云英品种。