磷作为植物生长发育所必需的大量元素之一,几乎参与了植物所有的生命活动过程。土壤缺磷,会严重影响到作物的生长发育、营养品质和经济产量。植物低磷适应性机制是一个复杂的遗传过程,包括表型、生理生化、分子调控等。谷子耐旱、耐瘠薄,具有高效利用土壤养分的特点,我们前期发现不同谷子种质资源在苗期的耐低磷特性存在较大差异,为了进一步探究调控谷子低磷胁迫响应的分子机制,深入挖掘谷子耐低磷关键候选基因。本研究从全生育期的表型鉴定,生理机制分析并结合转录组分析,探索谷子低磷胁迫响应的适应性机制,挖掘谷子低磷胁迫响应的关键候选基因,并分析其在调控谷子低磷胁迫影响方面的功能。1、不同磷耐性谷子全生育期低磷适应机制:以不同磷耐性谷子为供试材料,开展全生育期试验,发现随着生育期变化,低磷胁迫使谷子表现出生长变缓、株高降低、茎粗减小、侧根和根毛增多、花青苷积累、叶绿素的合成受阻、抗氧化物酶活性增加等表型及生理变化。磷敏感与磷耐受品种在对低磷胁迫的响应方面存在差异:磷敏感谷子在苗期就出现了低磷抑制情况,而磷耐受谷子在拔节期和生殖生长期才出现明显的低磷抑制。研究发现苗期和生殖生长早期是谷子磷敏感的关键时期。2、谷子苗期低磷胁迫的生理适应性机制:通过分析低磷胁迫不同时间的苗期谷子的叶绿素、花青苷、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、紫色酸性磷酸酶和植酸酶活性,发现低磷胁迫72 h时谷子叶片叶绿素含量降低,低磷胁迫24-72 h时,谷子体内花青苷积累,低磷胁迫2 h和72 h叶片CAT、POD和SOD酶活性增强,根系在24 h和72 h抗氧化酶活性均增强。低磷胁迫2 h、24 h和72 h地上部植酸酶、根系酸性磷酸酶活性增强。3、基于转录组分析挖掘谷子低磷胁迫响应关键基因:在低磷处理2 h、24 h和72 h的地上部转录组表达谱数据库中,分别筛选到5956、1266和1992个差异表达基因。根系转录组表达谱中分别筛选到了445、1308和1204个差异表达基因。与根系相比地上部在低磷胁迫2 h时大量基因差异表达。差异基因涉及到磷酸盐饥饿响应、蛋白磷酸化、激素激活信号通路如生长素、脱落酸、茉莉酸等及代谢过程,苯丙烷、类黄酮、黄酮和黄酮醇、花青苷、次级代谢产物的生物合成过程,MAPK联级信号通路、植物与病原体相互作用和植物激素信号转导途径等。4、关键候选基因SiPHR1的表达及功能:SiPHR1是不稳定的亲水性蛋白,SiPHR1启动子序列存在与逆境相关诱导元件、激素相关元件（脱落酸、赤霉素、茉莉酸）、光响应顺式作用元件等。构建p35S::SiPHR1-m GFP载体,进行烟草瞬时表达,发现SiPHR1亚细胞定位在细胞核内。通过q RT-PCR对其在低磷胁迫下的表达模式进行分析,发现SiPHR1受低磷胁迫诱导表达上调,且在磷敏感与耐受品种间存在差异,磷耐受品种在1h、2 h、6 h表达量上调,在2 h表达水平最高,磷敏感品种在低磷胁迫2 h、6 h和8 h表达上调,在8 h表达水平最高。通过遗传转化发现,转基因植株与野生型相比根系形态发生了改变,表现为主根伸长、侧根和根毛增多。