铁是所有生物正常生长发育所必需的营养元素之一,在长期的进化过程中,高等植物逐渐形成了两种独特的铁高效吸收机理(机理Ⅰ和机理Ⅱ),以适应环境有效铁的缺乏。这两种机理所涉及到的基因及分子机制各不相同。番茄FER基因是第一个被克隆出来的转录调控基因,编码一个bHLH类转录调控蛋白,参与调控番茄缺铁胁迫的应答。　　 本文通过农杆菌介导的转化体系,将机理Ⅰ植物番茄中的FER基因导入机理Ⅱ植物早稻中,希望增强旱稻对铁的吸收能力,从而提高早稻在低铁胁迫环境下的耐受性。Southern杂交显示番茄FER基因已成功转入早稻297中,随后的Northern及Western杂交结果进一步证实该基因能够在转基因后代中正常转录和翻译。由于FER基因的导入,使转基因早稻在低铁水培(1μM Fe)和田间碱性土栽培条件下都比野生型旱稻显示出了更好的生长状态:地上部叶色较绿,相对叶绿素含量及光合速率都比对照有显著提高;元素含量测定结果表明转基因株系在分蘖期及孕穗期叶片中的铁、锰、锌和钙含量比野生型有大幅度提高,但籽粒中的元素含量没有显著差异;考种结果显示,转基因旱稻单株和主穗上的穗粒数及饱粒数都较野生型有显著提高。T3代的小区栽培试验进一步证实,除了株系85,其他转基因株系的小区生物学产量和经济学产量均显著高于对照,暗示着转基因株系在大田生产中具有增产潜力。酵母双杂(Y2H)和双分子荧光互作(BiFC)试验表明,FER蛋白不仅可以形成同源二聚体,还可以与旱稻中一个参与铁吸收调控的重要转录因子OsIRO2相互作用,形成异源二聚体;RT-PCR及Northern杂交显示,旱稻中一系列参与铁吸收、转运的基因如OsNAS1、OsNAS2、OsNAS3、OsYSL15、OsYSL2、OsNRAMP1,在转基因株系萌发早期和低铁处理一周时分别比野生型有不同程度的上调表达;进一步的Western杂交证实FER的转入增强了早稻根中和叶片中Fe3+螯合物转运蛋白OsYSL15及OsYSL2在低铁条件下的表达强度。可见,FER基因的转入在分子水平上更高效的启动了旱稻响应低铁胁迫机制,因而提高了旱稻在北方碱性土的生长条件下对低铁的耐受能力,进而提高其产量。　　 另外,转基因株系在根部发育上有了较显著的变化:(1)在萌发早期,转基因植株的侧根及侧根原基不仅在数量上显著多于对照,且侧根原基的发育时期也早于对照。IAA含量测定的结果显示转基因株系的游离态IAA含量显著高于野生型旱稻。进一步的芯片分析和多重定量PCR结果显示:转基因株系中与IAA合成相关的基因OsYUCCA5有上调表达,同时参与IAA转运和信号转导的Os01g0919800、Os01g0675700(Aux/IAA基因家族)和OsARF3基因在转基因株系中都有不同程度的上调表达。此外,还有一个明显上调表达的基因是Os08g0200600,它具有NAC转录因子的NAC结构域,该转录因子在植物的生长发育、器官建成、激素调节和抵御多种生物和非生物胁迫等方面发挥着重要作用。(2)在低铁胁迫条件下,转基因株系侧根的这种旺盛生长状态表现得更加明显。利用植物根部分析软件WinRHIZO对低铁处理植株根部的各项形态指标进行统计、分析,发现转基因株系侧根数目较其它形态指标的增长幅度最大、最明显,根总长度、总表面积、总体积随着低铁时间的延长都比野生型早稻有显著提高。根据转基因早稻在萌发一周及低铁处理时根系发育的变化,推测番茄FER基因促进了早稻侧根的生长,且这种作用是通过IAA响应途径实现的。　　 本课题利用农杆菌介导的转化技术将番茄FER基因在早稻中易源表达,该技术对受体材料的基因型有很大依赖性,因此本文摸索了一套适宜于早稻297的农杆菌转化体系:愈伤组织诱导过程中,最适合旱稻297的诱导培养基是NB+2,4-D(3 mg/L),能够使诱导率达到81.2％,显著高于其他检测水平;愈伤组织筛选时以CC为基本培养基,采用先低浓度潮霉素(30 mg/L)后高浓度潮霉素(60 mg/L)的两轮筛选方式,极大程度的获得更多的有效抗性愈伤;分化培养时由于TDZ的使用,不仅能够极显著提高绿苗再生率,同时能增加每块愈伤组织上产生不定芽的数量,且极大的提高了愈伤组织的筛选准确率。