水稻抑草作用關(guān)鍵基因的分子生態(tài)機(jī)制研究.pdf

1、水稻是世界上重要的糧食作物之一,其3％-4％的種質(zhì)資源能夠通過(guò)化感作用抑制伴生雜草的生長(zhǎng)。酚酸類次生代謝物是水稻起化感作用的一類主要物質(zhì),此類物質(zhì)的合成受植物苯丙烷代謝的第一個(gè)關(guān)鍵酶一苯丙氨酸解氨酶(PAL)所調(diào)控。逆境條件下,化感水稻的PAL酶活性增強(qiáng),化感潛力提高；差異表達(dá)基因分析結(jié)果顯示化感水稻2號(hào)染色體的第一個(gè)PAL(PAL-21)基因上調(diào)表達(dá),可能參與上述分子生理過(guò)程。為了進(jìn)一步證實(shí)PAL-21基因?qū)λ净凶饔玫恼{(diào)控作用,本

2、研究利用RNA干擾(RNAi)技術(shù),抑制化感水稻P1312777的PAL-21表達(dá),通過(guò)半定量PCR和實(shí)時(shí)熒光定量PCR(qRT-PCR)分析轉(zhuǎn)基因水稻的PAL-21基因表達(dá),結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因水稻與未轉(zhuǎn)基因的野生型相比PAL-21基因表達(dá)量降低,且PAL酶活較野生型水稻也明顯下降,此結(jié)果表明了轉(zhuǎn)基因水稻的PAL-21基因沉默的有效性；進(jìn)一步分析PAL-21基因表達(dá)量下降后,化感水稻PAL-21基因家族其它基因成員的表達(dá)情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn)還有4

3、個(gè)PAL基因成員發(fā)生不同程度的下調(diào)表達(dá),此外還有4個(gè)上調(diào)表達(dá),綜合比較發(fā)現(xiàn)PAL-21下調(diào)的倍數(shù)最大,達(dá)5.3倍。進(jìn)一步以陽(yáng)性轉(zhuǎn)基因材料和野生型水稻為材料,采用qRT-PCR技術(shù)分析稗草脅迫下,兩種水稻苯丙氨酸代謝其余的關(guān)鍵酶,包括輔酶A連接酶、O-甲基轉(zhuǎn)移酶、肉桂酸-4-羥化酶、羥化酶、肉桂酰輔酶A和肉桂酸脫氫酶基因的表達(dá)情況,結(jié)果表明抑制化感水稻PAL-21的表達(dá)后轉(zhuǎn)基因化感水稻的酚酸類合成關(guān)鍵基因都下調(diào)表達(dá),而相同處理下的野生型化

4、感水稻的上述酶基因都上調(diào)表達(dá)；此外,轉(zhuǎn)基因水稻根系總酚含量也顯著低于野生型。采用高效液相色譜(HPLC)檢測(cè)了水稻根系分泌物中主要酚酸類物質(zhì)的含量,結(jié)果也發(fā)現(xiàn),稗草脅迫下轉(zhuǎn)基因化感水稻根系分泌的酚酸類物質(zhì)顯著低于野生型水稻,將此根系分泌收集并結(jié)合生物測(cè)試法評(píng)價(jià)化感潛力,結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因化感水稻的化感潛力也明顯低于野生稻水稻,上述結(jié)果綜合說(shuō)明通過(guò)PAL-21能夠調(diào)控水稻的化感抑草潛力,研究結(jié)果也為應(yīng)用分子栽培技術(shù)培育高化感潛力水稻品種提供理