论文部分内容阅读
干旱、盐碱和高温等非生物逆境对于作物的产量有着非常重要的影响。超量表达某个基因提高转基因植株抗逆性的报道已有很多,但真正能在大田生产中表现抗逆性,提高逆境条件下作物产量的报道很少。在水稻中,前人报道了一个具有显著抗逆效应的NAC转录因子——SNAC1。超表达SNAC1的转基因植株在大田干旱胁迫条件下能提高结实率,在水稻抗逆遗传改良中具有重要的应用价值。但是,SNAC1介导的逆境应答途径并不清晰,SNAC1调控气孔关闭的机制以及提高抗逆性的分子和生理基础都需要进一步的研究。本研究通过对SNAC1超表达转基因植株芯片数据的分析和筛选,鉴定了2个SNAC1靶基因OsSRO1c和OsPP18,并对这2个基因在逆境应答中的功能进行了深入的分析。通过对OsSROlc和OsPP18的功能分析,初步阐明了SNAC1调控气孔关闭的途径,明确了控制逆境胁迫下的水分散失和活性氧(reactive oxygen species, ROS)积累是SNAC1超表达植株抗旱性提高的重要生理基础。主要结果如下：1. OsSRO1c是植物特有的SRO (similar to RCD one)蛋白家族成员。SNAC1能结合OsSRO1c启动子并激活OsSRO1c的表达。OsSRO1c受干旱等多种逆境和ABA (abscisic acid)等多种激素处理的诱导表达,并且在干早条件下,OsSRO1c在保卫细胞特异诱导表达。ossro1c突变体和OsSRO1c amiRNA抑制植株苗期对干旱和渗透胁迫敏感性增强。OsSRO1c超表达植株的气孔关闭数高于对照,失水速率和气孔导度显著低于对照。OsSRO1c超表达植株中H2O2的含量高于对照,并且H2O2在OsSRO1c超表达植株保卫细胞中的积累高于对照。通过调控H2O2代谢负调控气孔关闭的锌指蛋白DST及其下游基因在OsSRO1c超表达植株中的表达受到了抑制。OsSRO1c超表达植株对氧化胁迫敏感性增强,一些ROS清除酶基因的表达和ROS清除酶活性在OsSRO1c超表达植株中下降。通过酵母双杂交筛库,获得了6个OsSROlc的互作蛋白,它们可能参与了氧化胁迫抗性和气孔运动调控。2. ossro1c突变体和OsSRO1c amiRNA抑制植株成株期抗旱性增强。干旱胁迫下,突变体和amiRNA抑制植株的叶片失绿显著低于对照,结实率显著高于对照。OsSRO1c超表达植株对干旱胁迫敏感.OsSRO1c的表达随着叶片的发育衰老而升高。对ossro1c突变体进行基因表达谱分析显示,很多ROS青除相关基因的表达在ossro1c突变体中上升。ossro1c突变体和OsSRO1c amiRNA抑制植株对氧化胁迫抗性增强。ossro1c突变体中,ROS清除酶的活性高于对照,H2O2的含量低于对照。ossro1c突变体抑制了黑暗和氧化胁迫诱导的叶片衰老。负调控JA(jasmonic acid)信号的衰老延迟基因OsDOS在ossro1c突变体中的表达量升高。ossro1c突变体同样抑制了JA诱导的叶片衰老。3. OsPP18编码一个具有2C类型丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶活性的PP2Cc SNAC1能结合OsPP18启动子并激活OsPP18的表达。OsPP18受干旱、高盐,低温和高温诱导表达,但是在ABA处理下OsPP18的表达没有明显变化。ospp18突变体苗期和成株期均对干旱胁迫敏感性增强。OsPP18amiRNA抑制植株对干旱和渗透胁迫敏感性增强。对osppl8突变体进行基因表达谱分析显示,很多逆境应答基因、代谢相关基因和一些ROS清除相关基因的表达在osppl8突变体中下降。osppl8突变体对氧化胁迫敏感性增强,同时ROS清除酶活性在ospp18突变体中下降oOsPP18超表达植株对渗透胁迫和氧化胁迫抗性增强。OsPP18不与SAPK (osmotic stress/ABA-activated protein kinase)互作,ospp18突变体和OsPP18超表达植株对ABA的敏感性也没有改变,表明OsPP18通过不依赖于ABA的途径参与逆境应答。