水稻OsAQP異源過表達提高擬南芥非生物脅迫耐受性的初步研究.pdf

1、水通道蛋白是廣泛存在于動植物細胞中的水分快速跨膜轉(zhuǎn)運通道,已有研究顯示其功能涉及植物生長發(fā)育、細胞增殖、花粉發(fā)育、種子萌發(fā)、非生物脅迫應(yīng)答、激素應(yīng)答等。本實驗室前期從水稻幼穗中克隆了一個水稻水通道蛋白基因,命名為OsAQP,半定量RT-PCR分析表明,OsAQP可能與水稻非生物脅迫應(yīng)答有關(guān),但是功能尚不明確。
　　本文采用qRT-PCR技術(shù)檢測了2種非生物脅迫和7種植物激素對水稻OsAQP基因表達的影響,結(jié)果表明干旱和高鹽均可誘導(dǎo)

2、OsAQP基因表達量的上調(diào),其表達模式具有不同的規(guī)律。模擬干旱處理檢測結(jié)果顯示該基因在根中上調(diào)水平顯著高于地上部分,在干旱處理5h后,OsAQP在根中的表達量達到最高值,為處理前的12.87倍,并且在10h和24 h也維持在處理前的9.6-10.6倍。而該基因在地上部分的表達水平盡管都有上調(diào),但是幅度較小,在0.5 h、5h、10h和24 h這4個時間點的表達水平都不超過處理前的3倍,峰值出現(xiàn)在處理0.5 h后,上調(diào)幅度僅為處理前的2.

3、39倍。高鹽處理的檢測結(jié)果與干旱處理大體類似,該基因在根中表達水平的最高值出現(xiàn)在處理后的5h和10h,上調(diào)了9.68倍,在處理24 h時依然維持6.7倍的高表達水平。該基因在地上部分的表達也沒有在根中的變化劇烈,盡管都表現(xiàn)為上調(diào),但是最大表達量出現(xiàn)在處理后10h,僅上調(diào)3.15倍。為了解OsAQP基因與植物激素之間的關(guān)系,采用6-BA、MeJA、ABA、BR、IAA、GA和MeJA7種激素對水稻幼苗進行處理,檢測其表達特征,發(fā)現(xiàn)OsAQ

4、P基因在根和地上部分的表達量均有上調(diào),而且也呈現(xiàn)不同的表達規(guī)律,并且與非生物脅迫處理結(jié)果類似的是,該基因的表達量在根中變化幅度大,而地上部分波動小。其中MeJA處理使OsAQP在根中的表達量上調(diào)幅度最大,為處理前的21.08倍,而GA使該基因在根中的表達量上調(diào)幅度最小,僅為處理前的2.77倍。相比之下,該基因在地上部分的表達水平盡管也都有上調(diào),但是幅度較小,GA處理使該基因在地上部分表達量上調(diào)幅度最大,為處理前的5.84倍,BR處理對該

5、基因在地上部分的表達幾乎無影響,為處理前的1.05倍。上述結(jié)果說明OsAQP基因的表達受到6-BA、MeJA、ABA、BR、IAA、GA、MeJA激素以及干旱、高鹽脅迫不同程度的誘導(dǎo)。
　　為了研究OsAQP基因與非生物脅迫的關(guān)系,采用DNA重組技術(shù)構(gòu)建了受控于CaMV35S啟動子的該基因的植物過表達載體pCAMBIA1302-OsAQP-GFP,轉(zhuǎn)入擬南芥,并且篩到了純合轉(zhuǎn)基因擬南芥植株。以轉(zhuǎn)基因擬南芥為材料,檢測干旱和高鹽處理

6、對轉(zhuǎn)基因擬南芥種子萌發(fā)以及幼苗生長的影響,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因擬南芥種子在模擬干旱(300 mM甘露醇)和高鹽脅迫(200 mM NaCl)條件下,萌發(fā)時間明顯早于野生型1-2 d;但當(dāng)甘露醇濃度和NaCl濃度分別達到400 mM和250 mM時,野生型和轉(zhuǎn)基因擬南芥都不發(fā)芽,說明OsAQP基因過表達可以在一定的脅迫條件范圍內(nèi)提高轉(zhuǎn)基因擬南芥種子萌發(fā)中對干旱和高鹽的耐受性。對轉(zhuǎn)基因擬南芥幼苗在高鹽和干旱條件下的生長狀態(tài)的觀察發(fā)現(xiàn),15d時與野生型

7、相比,轉(zhuǎn)基因擬南芥長勢好、根更長。對葉片MDA含量的測定發(fā)現(xiàn),處理前,兩種材料中MDA含量無顯著差異,經(jīng)干旱、高鹽處理后,轉(zhuǎn)基因擬南芥的MDA含量比野生型的低并且呈顯著差異,說明OsAQP基因過表達提高了轉(zhuǎn)基因擬南芥對干旱高鹽的耐受性。
　　為了研究OsAQP基因在水稻生長發(fā)育中的功能,采用DNA重組技術(shù)構(gòu)建了受控于玉米泛素啟動子的植物過表達載體pCAMBIA1390-Ubq-OsAQP,對水稻進行遺傳轉(zhuǎn)化,并篩選獲得T0代轉(zhuǎn)基因

8、植株10棵。對其農(nóng)藝性狀分析顯示,OsAQP過表達T0代植株的千粒重和株高有顯著性差異,在穗長、有效分蘗數(shù)、一級枝梗數(shù)、總粒數(shù)、實粒數(shù)、結(jié)實率和總分蘗數(shù)方面沒有差異。
　　本研究檢測了干旱、高鹽以及ABA、JA、SA、MeJA、IAA、BR和GA對水稻OsAQP基因表達的影響,并采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對該基因在非生物脅迫中的功能進行了初步鑒定,發(fā)現(xiàn)該基因異源過表達能夠提高轉(zhuǎn)基因擬南芥在萌發(fā)和幼苗生長中對干旱和高鹽的耐受性。進一步構(gòu)建了該基