水稻抗逆境相關基因的分離和功能分析.pdf

1、水稻是我國和全世界重要的糧食作物，也是一個重要的功能基因研究的模式植物。各種非生物逆境(干旱、冷害和高鹽等)對植物尤其是作物的生長和發(fā)育有著非常重要的影響，非生物逆境對作物的影響在許多地區(qū)已成為農業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此進行水稻抗逆性研究，對提高作物對干旱、高鹽和低溫等逆境的耐受能力具有重要意義。本研究通過將一批抗逆相關基因在水稻中花11(OryzasativaL.sspjaponica)中進行超量表達，在干旱、高鹽、低溫以及脫落酸(ABA)

2、等條件下對這些轉基因水稻進行抗逆性篩選，從而鑒定出一些提高水稻抗逆性的基因，得到一些抗逆性顯著提高的轉基因材料，用于水稻的抗逆性遺傳改良。主要結果如下： 1、根據(jù)水稻逆境芯片分離23個干旱誘導基因，構建了超量表達載體，通過農桿菌介導轉化水稻。對這些超量表達植株進行了苗期和成株期的干旱脅迫篩選，獲得了1個干旱耐性提高較為明顯的轉基因家系，并對該基因(OsbZIP23)進行了進一步的功能驗證。 2、OsbZIP23是一個具有

3、較強轉錄活性的轉錄因子(屬bZIP家族)。該轉錄因子定位在細胞核內，分析該基因的表達模式發(fā)現(xiàn)，OsbZIP23的表達受到干旱、高鹽、ABA和聚乙二醇(PEG)的強烈誘導，不受低溫，茉莉酸(JA)，水楊酸(SA)和2,4-D的誘導。而且相對于其它組織，OsbZIP23在水稻的葉片中有很強的表達(>15倍)。 3、OsbZIP23的超量表達植株表現(xiàn)出對ABA的極度敏感和對干旱、高鹽的較強耐性。無論在發(fā)芽實驗還是在發(fā)芽后的生長實驗，O

4、sbZIP23的超量表達家系都能被較低濃度(1-3μM)的ABA所抑制。OsbZIP23的超量表達提高了水稻對高鹽的耐受能力，四葉期的幼苗在澆灌200mM的鹽水10天后，對照的葉片有65％枯黃，而OsbZIP23超量表達植株還能保持約80％的綠葉。成株期的干旱脅迫發(fā)現(xiàn)OsbZIP23超量表達顯著提高了水稻的抗旱能力。當野生型對照都已經(jīng)枯萎，而OsbZIP23超量表達植株還能保持較好的生長。考種結果顯示正常條件下，野生型的結實率為90.3

5、8％，轉基因家系的結實率約為70％，這主要是由于轉基因過程本身引起產(chǎn)量下降。在配有大棚的PVC管中干旱脅迫后，野生型對照的結實率降為36％左右，而轉基因超量表達家系的結實率還保持在60％以上，差異極顯著。 4、從本室的突變體庫(RMD)中得到OsbZIP23的T-DNA插入突變體04Z11IJ69(osbzip23)，對osbzip23進行了ABA敏感性和干旱、高鹽耐性的篩選。實驗結果顯示無論在發(fā)芽實驗還是在發(fā)芽后的生長實驗中，

6、osbzip23都表現(xiàn)出對較高濃度ABA(5-8μM)的不敏感，由于OsbZIP23的敲除，植株的耐鹽性明顯下降。 5、應用芯片雜交，我們對OsbZIP23的超量表達植株和突變體植株全基因組基因的表達進行了分析，結果顯示有大量的抗逆相關基因在超量表達植株中上升表達，而這些基因在osbzip23中沒有明顯的表達變化或者下降表達。這些基因包括許多編碼功能蛋白，例如脫水蛋白、LEA蛋白、脂質轉運蛋白等，也包括很多的調節(jié)基因，例如AP2

7、類轉錄因子、鋅指類轉錄因子等。 6、通過生物信息學，從水稻基因組中分離了30個CIPK家族基因。用Northern和RT-PCR研究了這些基因在各種脅迫條件下(干旱、高鹽、低溫、ABA和PEG)的表達譜，結果顯示有20個基因至少受到其中一種脅迫的誘導。 7、將三個分別受干旱(OsCIPK12)、高鹽(OsCIPK15)、低溫(OsCIPK03)誘導較強的基因進行超量表達轉化并對轉基因后代進行了初步的功能分析，結果顯示這三