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转录因子通过调控基因的转录,在植物的生长发育等许多生物学过程中发挥着重要的作用。本实验室前期的转录组数据研究表明,杂交稻中转录因子OsRAV1的表达水平明显高于其父母本。目前该基因的功能尚不清晰,因此本文对OsRAV1的功能及其参与的基因调控网络进行了研究,同时探讨了其在杂种优势中的作用。 本研究从水稻MH86灌浆期剑叶中克隆获得了1,423bp的OsRAV1cDNA序列。该基因开放阅读框为1,182bp,编码394个氨基酸,其蛋白具有一个AP2结构域和一个B3结构域。同时,我们还克隆获得了一个829bp的cDNA序列。与OsRAV1序列相比,该序列缺失了从起始密码子起第10到第603位的594bp,开放阅读框仅为588bp,编码196个氨基酸,其蛋白缺失了AP2结构域,分析表明其为OsRAV1的一种新的选择性剪切本。因此,两个转录本分别被命名为OsRAV1A和OsRAV1B。亚细胞定位表明OsRAV1A和OsRAV1B均定位在细胞核中,暗示其均具有转录因子的特性。 表达模式分析结果表明OsRAV1在水稻中组成型表达,其中在剑叶中表达最高,在倒二叶、幼嫩叶片、叶鞘和叶枕中次之,在愈伤组织、幼根和茎中较低,在幼穗中最低。OsRAV1启动子与GUS嵌合转基因水稻的GUS染色结果与上述结果相吻合。此外,野生型水稻中OsRAV1受高盐和植物激素24-eBL、IAA、GA3和ABA的诱导表达。 OsRAV1A过表达转基因植株出现早花和矮化表型。植株开花时间比野生型提前大约10天,株高大约下降到野生型的70%。统计各节间长度发现株高的降低是由于各个节间,尤其是第Ⅲ和第Ⅳ节间长度的变化引起。OsRAV1B的过表达转基因植株出现叶片变窄且卷曲、叶夹角变大和生育期延缓等表型。电镜观察结果表明,转基因植株中叶片叶枕部位近轴细胞出现异常增生。OsRAV1的RNAi转基因水稻未出现可见表型,推测可能与基因的功能冗余有关。遗传分析表明,转基因植株后代的表型与转基因共分离,且表型的强弱与目的基因的表达水平成正相关。 转录水平分析表明,与野生型相比,OsRAV1A过表达转基因水稻中开花时间相关基因RFTL1的表达水平明显升高;OsRAV1B过表达转基因水稻中油菜素内酯(BR)受体基因OsBRI1的表达水平变化不明显,而BR合成相关基因OsBRD1、OsD11、CYP734A1和CYP90C1的表达水平均显著升高。 利用RNA-Seq技术对OsRAV1A和OsRAV1B的过表达转基因水稻及其纯隐性植株进行了转录组测序。差异表达基因(DEG)分析表明,OsRAV1A转基因植株及其纯隐性对照间共筛选出1,731个DEGs,占表达基因(EGs)的5.99%。OsRAV1B转基因植株及其纯隐性对照间共筛选出4,670个DEGs,占EGs的15.92%。转录组数据分析表明,OsRAV1A和OsRAV1B转基因水稻的DEGs均显著富集在对外刺激响应功能类和植物与病原菌相互作用途径中,且均存在一个由多个DEGs参与的抗逆相关基因调控网络,暗示着OsRAV1直接参与或者间接影响植物的抗逆途径。同时,在OsRAV1A过表达转基因水稻中开花时间相关基因RFTL1、CO1和OsMADS1的表达水平比野生型显著升高,暗示OsRAV1A可能通过影响这些基因的表达引起植株早花表型。此外,两组转基因水稻的DEGs均显著富集在BR生物合成、植物激素信号传导和植物次生代谢等途径中,暗示OsRAV1A和OsRAV1B还直接参与或者间接影响这些途径。与OsRAV1A相比,OsRAV1B的过量表达引起了BR合成中多个基因的上调表达,导致转基因植株出现BR增强的表型。 OsRAV1在杂交稻中对高盐胁迫表现出比亲本更为快速且持久的响应。转录组数据分析表明OsRAV1直接参与或间接影响植物的抗逆途径。因此,OsRAV1在杂交稻中快速且持久的响应能够更快速地激活植物的抗逆途径并且持久地保持抗逆能力,从而提高杂种的抗逆性,在水稻的杂种优势中起一定作用。同时,OsRAV1还直接参与或者间接影响了植物激素信号转导、BR合成和植物开花时间等途径,也可能与水稻的杂种优势有关。