【摘 要】
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水稻是我国乃至全世界最重要的粮食作物之一,也是功能基因组研究的模式植物。近年来,宁夏引黄灌区土壤盐渍化问题日渐严重,明显制约着当地农业生产发展。从水稻中挖掘耐盐(相
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水稻是我国乃至全世界最重要的粮食作物之一,也是功能基因组研究的模式植物。近年来,宁夏引黄灌区土壤盐渍化问题日渐严重,明显制约着当地农业生产发展。从水稻中挖掘耐盐(相关)基因,将其导入栽培稻中提高水稻的耐盐性,有助于“以稻治盐”改良利用盐碱地,提高水稻产量。本课题组前期研究证实OsDSR2基因为水稻中一个耐盐相关基因,并利用获得的OsDSR2 RNAi转基因水稻进行了表型鉴定,证明了该遗传材料能够提高水稻幼苗的耐盐性。为了深入研究OsDSR2基因调控水稻耐盐性的作用机制,本研究以OsDSR2 RNAi转基因水稻为材料,研究了盐胁迫下OsDSR2 RNAi转基因水稻的生理特性、转录组学分析,并通过盆栽试验调查了该材料的农艺性状,主要研究结果如下:1.正常条件下,中花11(ZH11)和OsDSR2 RNAi转基因水稻中的各项生理指标均没有显著性差异,而盐胁迫处理后,OsDSR2RNAi转基因水稻中的叶绿素含量、可溶性糖(SS)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性与ZH11相比没有明显变化,但转基因植株中的细胞膜透性、丙二醛(MDA)含量、Na+/K+明显低于ZH11,脯氨酸(Pro)含量、过氧化物酶(POD)活性明显高于ZH11。2.OsDSR2 RNAi转基因植株在盐胁迫前后共产生68个差异表达基因,其中有55个上调表达,13个基因下调表达。GO分析结果显示,差异表达基因主要富集在胁迫应激反应、分解代谢等生物学过程中,通过RT-qPCR进一步验证了 OsbZIP16、OsLEA3.RAB21等逆境胁迫相关基因参与水稻的胁迫应答反应。KEGG分析结果表明,这些差异表达基因主要参与类胡萝卜素生物合成、油菜素内酯生物合成以及表皮素、软木脂和蜡质生物合成等代谢途径。3.正常条件下,OsDSR2 RNAi转基因水稻单株穗数和单株粒重均显著低于ZH11,盐胁迫处理后OsDSR2 RNAi转基因水稻单株穗数显著高于ZH11,而两种植株的单株粒重无显著差异;正常条件下,OsDSR2 RNAi转基因水稻和ZH11的结实率无明显差异,盐胁迫后OsDSR2 RNAi转基因水稻的单株穗数、结实率均显著高于ZH11。与正常条件下相比,盐胁迫处理后OsDSR2 RNAi转基因植株的千粒重与每穗实粒数呈显著性负相关性,单株粒重和结实率随着每穗总粒数的增加而减小,盐胁迫处理后的OsDSR2RNAi转基因植株的单株粒重和结实率特征向量最大。综上,相比于ZH11植株,在生理层面上,OsDSR2 RNAi转基因水稻植株主要通过降低细胞膜透性、MDA含量和Na+/K+,增加Pro和POD活性来提高苗期水稻植株的耐盐性;在分子水平上,OsDSR2可能通过ABA(脱落酸)、BR(油菜素内酯)信号通路参与调控OsLEA3、RAB21、OsbZIP16等逆境相关基因以及植物表皮蜡质生物合成相关基因(LOC_Os04g28620)的表达来提高苗期水稻的耐盐性。农艺性状方面,OsDSR2的干扰表达可以通过抑制水稻植株的单株穗数、结实率和单株粒重的降低,提高单株粒重和结实率对于水稻产量的影响力,从而减缓盐胁迫下水稻产量的损失。
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