【摘 要】
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水稻（Oryza sativa L.）是我国重要的粮食作物,其生产过程通常需要消耗大量的淡水资源,同时带来温室气体排放、水体富营养化等众多问题。节水抗旱稻具有节水抗旱、高产优质、适合轻简栽培的特点,发展节水抗旱稻是在资源节约、环境友好的基础上保证国家粮食安全的有效途径。陆稻是培育节水抗旱稻的重要基因资源,本研究针对前期发掘的一个在陆稻旱作适应中发挥节点调控作用的水陆分化基因OsDUF6进行功能研究
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水稻（Oryza sativa L.）是我国重要的粮食作物,其生产过程通常需要消耗大量的淡水资源,同时带来温室气体排放、水体富营养化等众多问题。节水抗旱稻具有节水抗旱、高产优质、适合轻简栽培的特点,发展节水抗旱稻是在资源节约、环境友好的基础上保证国家粮食安全的有效途径。陆稻是培育节水抗旱稻的重要基因资源,本研究针对前期发掘的一个在陆稻旱作适应中发挥节点调控作用的水陆分化基因OsDUF6进行功能研究,主要结果如下:1.对OsDUF6的水稻、陆稻等位基因进行克隆,OsDUF6含有3个可能的跨膜结构域,同时含有7个磷酸化位点。同时,OsDUF6的水-陆等位基因间存在5个SNP,其中包含的1个非同义突变可能会对其蛋白三维结构产生显著影响。使用CRISPR/Cas9技术构建了OsDUF6功能缺失的突变体osduf6。表型实验表明osduf6突变体在渗透胁迫（20%PEG6000）下表现出显著降低的萌发率,但幼苗存活率与野生型相当。在盐胁迫（200 mmol/L氯化钠）下,突变体的萌发率与存活率显著低于野生型。同时,突变体表现出显著降低的深根比;在田间干旱胁迫实验下,突变体表现出显著变差的相对产量。2.OsDUF6主要在水稻叶片中表达,脱落酸诱导处理4h后表达水平显著下降;高温处理2h、4h后,表达水平显著升高;在渗透胁迫（20%PEG6000）、氧化胁迫（100mmol/L过氧化氢）以及盐胁迫（200mmol/L氯化钠）处理4h、8h后的表达水平显著上升。通过转录组分析,突变体与野生型之间鉴定出146个差异表达基因,GO与KEGG分析表明OsDUF6可能通过二萜生物合成、氨基酸和糖代谢以及ABC转运蛋白等途径调控水稻抗逆性。亚细胞定位结果表明OsDUF6蛋白定位于内质网膜与细胞核。3.酵母双杂交实验表明,OsDUF6的陆稻单倍型OsDUF6-U可与Os SEPK1陆稻单倍型的两个转录本蛋白（Os SEPK1-U-1与Os SEPK1-U-2）互作,而不能与Os SEPK1水稻单倍型的两个转录本蛋白（Os SEPK1-L-1与Os SEPK1-L-2）互作。双分子荧光互补实验表明,n LUC-OsDUF6-U与Os SEPK1-U-1-c LUC和Os SEPK1-U-2-c LUC之间产生了荧光信号,佐证了酵母双杂交的结果。4.使用酵母双杂交文库,初步筛选出19个可能与Os SEPK1互作的蛋白,其中Os WIH2可以正向调节水稻耐旱性与脯氨酸生物合成。综上所述,作为水-陆分化基因的OsDUF6可能是水稻耐旱性、耐盐性的正调控因子,对避旱性也会产生一定的影响。OsDUF6在陆稻中的遗传变异会对其蛋白结构与功能产生影响,其不同水-陆稻类型蛋白与Os SEPK1的互作存在差异。后续,我们需要对OsDUF6在典型陆稻背景下的敲除突变体以及不同单倍型的超表达株系开展进一步研究,以期能够揭示OsDUF6的作用机制及其在陆稻旱作适应中的作用。
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