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干旱是农业发展的瓶颈,改良水稻抗旱性,已经成为亟待解决的问题。本研究的目的是通过本室已有的基因芯片、蛋白质组学以及代谢组学数据,挑选出了9个候选的干旱相关基因,它们属于热激蛋白激酶(Heat shock protein/Hsp)家族。利用水稻CREP基因表达谱芯片数据库(CREP:http://crep.ncpgr.cn),对该9个候选基因进行全生育期表达谱分析;此外,进一步分析它们在干旱、高盐、高温、低温和激素等逆境胁迫的表达情况。根据表达谱结果,克隆候选抗早基因OsHsp24.15,并构建表达载体,将之转入旱敏感水稻品种.日本晴以及本室育成的节水抗旱稻品种沪旱3号中,经过分子鉴定和初步胁迫鉴定,筛选出候选的抗旱性增强的转基因株系。主要的研究结果如下:
1.通过本室已有的基因芯片、蛋白质组学以及代谢组学数据,挑选出9个候选的干旱相关基因,它们属于热激蛋白激酶(Heat shock protein/Hsp)家族。根据分子量大小,9个OsHsp蛋白被分为四类且分别被命名为OsHsp18.03,OsHsp24.15,OsHsp71.10,OsHsp71.18,OsHsp72.57,OsHsp72.90,OsHsp85.88,OsHsp93.04和OsHspl08.99。其中OsHsp18.03,OsHsp24.15属于sHsp家族,OsHsp71.10,OsHsp71.18,OsHsp72.57和OsHsp72.90属于OsHsp70家族,两个基因(OsHsp85.88和OsHsp93.04)属于OsHsp90家族,而OsHsp108.99则位于OsHsp100家族。
2.对9个OsHsp基因中和高温、干旱、ABA、光和防卫响应相关元件进行分析。结果显示,每个OsHsp基因都含有数量不一的各种肋-迫响应元件,说明它们可能参与了多种不同的胁迫响应调控。其中脱水响应元件ACGTATERD1在9个OsHsp中出现频率最高,在OsHsp72.9和OsHsp93.4中分别有10和14个。
3.利用CREP数据库对9个OsHsp基因在水稻27个不同表达时期和组织中的表达谱,所有9个OsHsp基因都能在芯片上找到对应的探针,它们都在至少一个检测组织中有表达。
4.5个基因(OsHsp72.90,OsHsp72.57,OsHsp71.18,OsHsp24.15和OsHsp18.03)在胚乳中的表达量很高,可能在水稻种子发育中扮演重要的角色。
5.5个基因(OsHsp71.10,OsHsp71.18,OsHsp85.88,OsHsp93.0和OsHsp108.99)对GA3、NAA和KT。都有响应。其中3个基因(OsHsp71.10,OsHsp71.18和OsHsp93.04)受GA3、NAA和KT下调;2个基因(OsHsp85.85和OsHsp108.99)在GA3、NAA.和KT处理后上升表达。
6.干旱和高温处理后,9个OsHsp基因的表达均明显提高,此外,高盐胁迫导致6个基因(OsHsp93.04,OsHsp71.10,OsHsp71.18,OsHsp72.57,OsHsp24.15和OsHsp18.03)的转录本上调。然而,低温胁迫后,2个基因OsHsp93.04和OsHsp72.57的表达下降。
7.超表达OsHsp24.15基因增强了转基因植株对干旱和盐胁迫的耐性。虫害是造成水稻减产的主要原因之一。水稻鳞翅目害虫如二化螟、三化螟、稻纵卷叶螟等是我国水稻生产中的主要害虫,危害面积高达近2亿亩。据统计,全世界每年因虫害造成的经济损失就达近百亿美元。
Bt基因是来自于苏云金芽胞杆菌的一种杀虫基因,其表达的蛋白产物可特异性毒杀不同的害虫,而且对人畜和环境无害,是目前转基因育种中主要使用的抗虫基因。应用转基因培育抗虫水稻是现阶段及未来解决水稻虫害问题的主要策略。
本研究的目的是通过传统杂交的方法将华中农大的三个Bt明恢63中的Bt基因,转育到水稻品种秀水123、湘晴及本室育成的节水抗旱稻恢复系旱恢3号和保持系沪旱1B中,以获得新型转Bt基因家系,并筛选出抗虫性良好、农艺性状优良的家系,为后续抗虫育种提供材料。主要研究结果如下:
1.BCzF3代PCR检测的结果显示分别获得cry1C*和cry2A*基因的沪旱1B、秀水123和湘晴的纯合家系。
2.在田间自然诱发虫害条件下,转基因株系对稻纵卷叶螟虫表现出强抗性。