水稻三个干旱相关基因的功能分析及其抗旱机制的研究

来源 :厦门大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lhchg1982
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水稻作为重要的粮食资源,养活着全世界60%的人口,然而水稻生产受多方面因素制约,其中干旱是限制水稻产量的最重要的非生物因素。近年来随着全球气候剧变和人口数量的大量增加,粮食安全就成为了亟需解决的重大问题。运用分子生物学手段阐明水稻的抗旱机制,培育抗旱高产的水稻品种对于解决粮食安全问题意义重大。DUF1644家族受高盐、干旱、ABA等多种非生物胁迫诱导,在水稻响应逆境胁迫的过程中发挥着重要的作用。本研究主要对与DUF1644家族成员LOCOs02g05710(Os05)的编码蛋白互作的两个蛋白的合成基因LOCOs03g16460(Os16)和LOC Os05g28740(Os28)以及植物过氧化物酶超家族Ⅲ类成员LOC Os06g32990(Os32)进行研究。主要结果如下:生物信息学分析结果显示,Os16编码蛋白含有Fes1结构域。胁迫处理实验结果表明,Os16OE植株对干旱、甘露醇模拟干旱和甲基紫精诱导的氧化胁迫的抗性增强,Os16CRISPR植株则表现出对干旱和氧化胁迫的超敏感表型。此外超表达Os16可以增强水稻对ABA敏感性,敲除该基因则会使水稻对ABA敏感性降低。荧光定量PCR(qRT-PCR)结果表明,一些ABA合成基因和ABA响应基因在Os16OE植株表达上调,在Os16CRISPR植株中表达下调。ABA诱导气孔关闭实验表明,ABA处理前Os16转基因植株和野生型开放气孔比例基本相同,ABA处理6 h后Os16OE植株处于闭合状态的气孔比列显著高于野生型和Os16CRISPR植株。这些结果说明,Os16可以通过ABA依赖性途径介导气孔关闭,从而正调控水稻抗旱性。ROS清除基因表达量检测结果和MDA含量测定结果表明,甘露醇胁迫条件下,Os16OE植株体内ROS水平显著低于野生型和Os16CRISPR植株。这些结果暗示,Os16也可以通过调节ROS动态平衡实现对水稻抗旱性的调控。生物信息学分析结果显示,Os28编码蛋白含有一个保守的UspA结构域,该结构域参与植物的普遍应激反应。胁迫处理实验和相关的生理数据测定结果表明,Os28OE植株对干旱、甘露醇模拟干旱的抗性降低,Os28CRISPR植株对干旱的耐受性增强。此外Os28CRISPR植株表现出对ABA的超敏感表型,暗示Os28对水稻干旱耐受性的调控可能受ABA影响。DAB染色和MDA含量测定结果表明,甘露醇胁迫条件下,Os28OE植株体内积累的H2O2水平显著高于野生型和敲除植株。这些结果说明,Os28也可以通过参与对ROS稳态的调节,负调控水稻的耐旱性。生物信息学分析结果显示,Os32编码蛋白属于植物过氧化物酶Ⅲ家族,含有血红素和Ca2+结合位点。组织表达分析结果表明,该蛋白主要分布于叶片质外体空间、幼根的维管组织和茎中。qRT-PCR结果表明,Os32受高盐、PEG、冷害(4℃)和ABA诱导。胁迫生理实验表明,Os32OE植株对干旱的抗性增强,Os32CRISPR植株则表现出对干旱的敏感表型。这些结果说明Os32正调控水稻抗旱性。
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