水稻低砷品種的篩選以及OsPTR7基因功能的鑒定.pdf

1、水稻是重要的糧食作物，東南亞地區(qū)是全球消費(fèi)稻米最多的地區(qū)，包括緬甸、越南、老撾、柬埔寨等，緬甸人均消費(fèi)水稻可達(dá)到650 g/person/d的水平。在我國，人體攝入的無機(jī)砷約60％來源于大米。近些年受人類活動的影響，多地出現(xiàn)了水體或土壤砷(As)污染的現(xiàn)象，土壤中As的存在較為持久，土壤中的As通過作物的吸收能夠在作物中積累，這個(gè)問題對于水稻更為嚴(yán)峻。因?yàn)樗旧L在長期淹水或間歇性淹水的環(huán)境中，淹水過程中As的活性較高，水稻籽粒中積累的

2、As的含量較小麥多10倍。
　　淹水環(huán)境下As主要存在的形態(tài)是三價(jià)砷[As(Ⅲ)]。目前關(guān)于水稻吸收、運(yùn)輸As(Ⅲ)的機(jī)制較為清楚，參與As(Ⅲ)吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的基因包括Lsi1，Lsi2，OsABCC1，參與As(Ⅲ)解毒的機(jī)制是As(Ⅲ)通過與PC絡(luò)合隔離在液泡中。但比較多個(gè)水稻品種的As積累差異的研究較少，篩選、比較籽粒低砷積累水稻遺傳材料的研究也較少。本研究中通過溫室水培及大田試驗(yàn)的方式研究了24個(gè)水稻品種根系、地上部和籽粒積

3、累As的差異，分別通過根吸收率(root absorption factors，RAI)和地上部/根的轉(zhuǎn)運(yùn)率(shoot toroot transfer factors，TFs)比較了這24個(gè)水稻品種根吸收As的能力和根向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)As的能力，同時(shí)比較了不同試驗(yàn)條件下24份水稻不同部位As含量的相關(guān)性。以此對24份水稻種質(zhì)資源材料進(jìn)行砷含量變異分析，篩選籽粒低砷積累水稻育種候選材料。
　　淹水土壤環(huán)境中As主要存在的形態(tài)是As(Ⅲ

4、)，但水稻籽粒中As的主要形態(tài)是三價(jià)砷[As(Ⅲ)]和二甲基砷酸(DMA)，水稻中是否存在高效運(yùn)輸DMA的機(jī)制呢？前期蛙卵異源表達(dá)研究結(jié)果表明水稻多肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因PTR家族的OsP TR7基因具有轉(zhuǎn)運(yùn)DMA的活性。本課題對OsP TR7基因的結(jié)構(gòu)、表達(dá)模式、系統(tǒng)發(fā)育和OsPTR7跨膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了生物學(xué)信息分析。通過GFP載體構(gòu)建獲得OsPTR7基因的亞細(xì)胞定位結(jié)果。通過T-DNA插入突變體材料研究了OsPTR7的生物學(xué)功能，進(jìn)行了一系列的

5、野生型和osptr7突變株水稻生理指標(biāo)的比較，包括水稻地上部和根中總As的含量，木質(zhì)部汁液As的含量，不同葉片As的含量，地上部和根中氮的含量，地上部氨基酸的含量，以及籽粒中As的含量。
　　本文獲得的主要結(jié)果包括:
　　1、初步鑒定結(jié)果顯示水稻品種423是低砷積累水稻，其根、地上部和籽粒中As的含量都較其他的水稻品種低。水稻品種423砷積累低的可能原因是根吸收As的能力弱。
　　2、 OsPTR7有10個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)區(qū)域

6、，這個(gè)區(qū)域被一個(gè)親水區(qū)域分隔為兩組。OsPTR7基因與玉米的ZmNRT1基因同源性最高，但目前還沒有ZmNRT1基因的研究結(jié)果。OsPTR7定位在質(zhì)膜上，OsPTR7具有跨膜運(yùn)輸活性。OsPTR7基因在地上部的表達(dá)量比根中的表達(dá)量高10倍以上，此外OsPTR7基因的表達(dá)受As(Ⅲ)的誘導(dǎo)，在As(Ⅲ)處理4h的時(shí)候誘導(dǎo)作用最強(qiáng)。
　　3、10μM DMA處理3d后突變株osptr7-1地上部和根積累的As比野生型DongJin低，

7、2μM DMA處理3d后突變株osptr7-1地上部和根積累的As沒有差異。突變株osptr7-2與野生型Nipponbare地上部和根中積累的As沒有差異，這可能是osptr7-2突變株OsP TR7基因沒有完全敲除導(dǎo)致的。OsPTR7基因的敲除沒有引起突變株和野生型水稻中氮和氨基酸含量的差異。
　　4、在海南大田中種植的突變株osptr7-1與osptr7-2收獲的籽粒中As的累積較野生型DongJin與Nipponbare低