全世界每年因干旱而造成粮食生产损失巨大,但人们过多关注植物地上部对干旱的生理应答,对地下部根系了解相对较少。且植物根系是植物地上部分赖以生存的基础,因此对植物根系的研究有重要的意义。目前水稻抗旱性引起科学家的广泛关注,但有关根系分子水平研究刚刚起步,根系相关基因的定位、克隆非常少,而且根系形态生理特性研究报道很少,因此,加强抗旱水稻的根系形态生理特性研究及其对干旱响应的分子水平研究,将具有重要的基础和应用价值。使用水稻60K基因芯片和实时PCR等高通量技术研究了2个生育期相近的籼稻品种在不同干旱胁迫强度时的全基因组差异,以期了解不同抗旱性水稻对同一种干旱胁迫和同一品种在不同干旱胁迫强度时的分子差异,实验主要结论如下:1.通过根体积、根粗、最长根长、侧根长、根总长度,根系数量的多重比较和X_X/X_A(X_X/X_A,%,湘丰早119形态指标的平均数/爱华5号形态指标的平均数,%)值分析可知,湘丰早119的根系比爱华5号更长,更壮,根系更强健,因此湘丰早119与爱华5号在幼苗时期耐旱性存在差异,湘丰早119为耐旱品种,爱华5号相对湘丰早119而言为敏感品种。这种耐旱性的差异为下一步分子水平研究2个品种在不同干旱胁迫下的差异提供了基础。2.PEG—6000(聚乙二醇—6000)模拟干旱的情况下,根系形态指标都呈现严重干旱(T3处理)抑制生长的趋势,且敏感品种这种趋势更为明显。而轻度干旱(T1)对耐旱品种根系发育有促进作用,对敏感品种或有促进作用,或没有大的影响,中度干旱(T2)有类似的趋势。3.筛选水稻品种耐旱性差异时,根体积、根粗、最长根长、根总长度、侧根长是可以作为抗旱指标。根系数量不适合作为抗/耐旱指标,作为干旱胁迫响应的敏感性指标或许更合适。4.不同耐旱性品种幼苗根系各个生理指标之间差异显著,耐旱品种(湘丰早119)和敏感品种(爱华5号)的SOD(超氧物歧化酶)活性、POD(过氧化物酶)、根系活力受PEG浓度变化影响较大,耐旱品种与敏感品种差异显著,耐旱品种的增加幅度远大于敏感品种。耐旱品种和敏感品种的Pro(脯氨酸)含量和MDA(丙二醛)含量的变化趋势也是随着PEG浓度增大而增大,耐旱品种与敏感品种差异显著,但是敏感品种的增加幅度远大于耐旱品种。因此MDA含量和Pro含量变化应该作为反映逆境胁迫下植物受害程度的一种指标,作为抗旱选择指标并不合适,作为胁迫敏感指标应该更合适。5.不同干旱处理时湘丰早中至少有一个差异的差异基因为1706个,爱华5号有2082个,全部至少有一个差异的基因个数为3953个,其中2个品种所有干旱处理的重叠基因115个,数量众多的基因在干旱胁迫下响应表明植物对干旱逆境响应非常复杂。6.爱华5号T1干旱处理下转录水平表达下调的基因主要是转运相关的基因、转录调节相关基因、碳水化合物代谢相关基因、细胞壁几丁质代谢相关基因和蛋白质磷酸化相关基因。表达上调的转录本主要是细胞壁组织和生物合成相关基因、代谢相关基因、蛋白质折叠和磷酸化相关基因、水分响应相关基因、转运相关基因、调节转录相关基因等。T3干旱处理下转录水平表达下调的转录本主要是细胞凋亡相关基因、碳水化合物代谢相关基因、细胞壁代谢相关基因、转运相关基因、调节转录相关基因等。表达上调的转录本主要是代谢相关基因、细胞壁组织和生物合成相关基因、光合作用调节相关基因、蛋白质折叠和磷酸化相关基因、水分响应和氧化应激相关基因、转运相关基因、调节转录相关基因等。7.湘丰早119在T1处理时转录水平下调的基因主要是生物合成相关的基因、蛋白质代谢和碳水化合物代谢相关的基因、细胞壁代谢相关的基因、DNA修复相关基因、转运相关基因、节瘤相关基因、蛋白质折叠、转运和磷酸化相关基因、转录调节相关基因、水分响应相关基因。上调的基因主要是碳水化合物代谢相关基因、细胞内代谢相关基因、锌离子、钠离子和脂类、蔗糖转运相关基因、依据DNA的转录调节相关基因。T3干旱处理下转录水平下调的基因主要是碳水化合物代谢相关的基因、细胞壁代谢相关基因、DNA损伤修复、脂肪酸、氧化脂类物的生物合成相关基因、蛋白质水解和酶活负调节相关基因、氮素利用调节相关基因、钾离子转运相关基因。上调的基因主要是细胞壁组织和生物合成相关基因、DNA损伤修复相关基因、多糖、苹果酸等碳水化合物代谢相关基因、蛋白质折叠和修饰相关基因、依赖DNA的转录调节和生长素调节信号途径相关的基因、水分响应相关基因、脂类转运相关基因、双组分信号转导系统相关基因。8.湘丰早119与爱华5号在T1处理时的响应途径差异主要表现为湘丰早119在氧、电子转运、木聚糖、苹果酸和几丁质代谢、蛋白质折叠、抗生素生物合成和依赖DNA的转录调节等方面的相关基因转录水平表达活性显著的低于爱华五号,响应内源刺激和淀粉代谢的相关基因表达显著的高与爱华5号。湘丰早119与爱华5号在T2处理时的响应途径的差异与湘丰早119与爱华5号在T1处理时的响应途径的差异类似,不同的地方主要表现为在T2处理时湘丰早119的组蛋白脱乙酰化酶相关基因、精氨酸代谢和多胺的生物合成相关基因表达显著下降,而茉莉酸生物合成相关基因和ABA生物合成相关基因表达显著上调。湘丰早119与爱华5号在T3处理时的响应途径的差异主要表现为湘丰早119在GTP酶活性调节、转录调节、电子转运、光呼吸等相关基因表达显著下调,碳水化合物代谢、转运、蛋白质折叠、磷转运等方面的相关基因显著上调。9.爱华5号和湘丰早119在干旱胁迫下的13个基因表达变化倍数都是上下波动,如上升—下降—上升—下降,与基因表达的本质是相符。