泛素受体蛋白OsDSK2b负向调控水稻叶瘟和渗透胁迫抗性

泛素受体蛋白DSK2(dominant suppressor of KAR2)在植物生长发育和逆境胁迫中发挥重要作用,但其在水稻抗病和渗透胁迫中的作用尚未见报道。本研究发现OsDSK2b受多种逆境的调控,该基因的表达水平在稻瘟病菌侵染和20%PEG-6000处理后显著降低。时空表达分析表明OsDSK2b基因在三叶期幼苗中的表达水平最高,亚细胞定位结果显示该蛋白定位于细胞质。接种稻瘟病菌(GD08-T13和Guy11)后,敲除植株的病斑面积约为0.05 cm^(2)和0.10~0.13 cm^(2),远小于野生型植株的病斑面积(0.24 cm^(2)和0.31 cm^(2))。敲除OsDSK2b显著增强水稻的叶瘟抗性。而且在病原菌侵染后,敲除植株中病程相关蛋白(PR)基因的表达受到明显诱导。敲除OsDSK2b也显著增强水稻的渗透胁迫抗性,20%PEG-6000模拟渗透胁迫处理后,OsDSK2b敲除植株的存活率为58.3%~74.0%,显著高于野生型植株的存活率(17.0%)。OsDSK2b敲除植株的离子渗透率和植株失水率则显著低于野生型植株。扫描显微镜的结果表明,无论在20%PEG-6000处理前后,敲除OsDSK2b能够促进气孔的闭合,且在20%PEG-6000处理后,这种促进作用会更强。此外,qRT-PCR结果表明,在20%PEG-6000处理后,OsDSK2b敲除植株中DREB基因以及脱落酸(ABA)合成或通路相关基因的表达水平显著高于野生型植株,且敲除植株ko6和ko14的内源ABA含量分别为314.2 ng g^(-1)和344.4 ng g^(-1),显著高于野生型植株的内源ABA含量(206.8 ng g^(-1)),揭示OsDSK2b参与调控渗透胁迫的过程同时涉及ABA依赖和ABA非依赖途径。本研究通过解析OsDSK2b基因在水稻应对生物与非生物胁迫时所发挥的调控作用,为水稻抗性品种的选育提供了新的候选基因。

广东水稻核心种质耐冷萌发全基因组关联分析

萌发期耐冷性的强弱直接影响水稻直播时的成苗率。为高效地培育萌发期耐冷性强的水稻品种,本研究通过统计309份广东省水稻核心种质资源的低温萌发比率,筛选到57份萌发期耐冷性强的水稻品种。同时,以低温萌发比率为表型数据和高密度的SNP标记为基因型数据,利用全基因组关联分析鉴定到11个水稻低温萌发QTLs。其中qLTG2-1、qLTG7-1、qLTG7-2和qLTG10-1与前人定位的水稻低温萌发QTL共定位。qLTG11-1是本研究新鉴定的最显著的水稻低温萌发QTL。利用RNA-seq和qRT-PCR对其进行候选基因预测和验证,发现在低温萌发期间,qLTG11-1区间内的LOC_Os11g07020在低温萌发比率高和低的品种中有不同的表达模式。LOC_Os11g07020编码果糖-1,6-二磷酸醛羧酶同工酶,可能通过调控糖酵解反应而影响水稻萌发期耐冷性。本研究筛选到多份耐冷性强的水稻品种,并找到可能调控水稻萌发期耐冷性的候选基因,可为培育萌发期耐冷性强的水稻品种提供参考。

水稻耐热相关功能基因的克隆及其分子机理研究进展

水稻是全世界最主要的粮食作物之一,水稻产量的提高是解决人类口粮问题的关键。水稻喜温,但温度过高会对水稻的生长及产量造成严重影响。随着全球气候变暖,水稻热害频发,严重限制了水稻的高产、稳产,导致水稻产业受到较大影响。通过鉴定水稻耐热数量性状位点(Quantitative Trait Loci,QTL),克隆相关基因,并研究水稻耐热性状的分子机理,将水稻重要耐热相关基因应用于育种是最经济、最有效的策略。近年来随着测序技术和功能基因组学的发展,水稻耐热分子机理的研究取得了较大进展。迄今为止,国内外科研人员已通过不同的遗传群体鉴定了80个以上的水稻耐热相关QTL,并通过正向或反向遗传学手段克隆了部分水稻耐热相关基因,为水稻耐热分子育种提供了极具价值的研究成果。就水稻耐热相关QTL的鉴定、耐热相关功能基因的克隆以及耐热相关分子机理研究等方面进行综述,以期为水稻耐热分子育种提供参考。

OsWRKY67负向调控水稻耐旱性的功能分析

WRKY转录因子在水稻生物胁迫及非生物胁迫中均发挥重要作用。本实验室前期发现OsWRKY67正向调控水稻应答病害胁迫,为研究OsWRKY67在水稻非生物胁迫中的作用,本研究对低温、干旱、高盐、ABA、高渗透压和活性氧等多种非生物胁迫处理下的OsWRKY67基因的表达量进行测定,结果表明该基因的表达受上述非生物胁迫的影响。此外,本研究对OsWRKY67基因的过表达株系(OX5-2和OX6-5)、基因沉默株系(R9-4,R11-2和R14-2)和野生型‘日本晴’进行模拟干旱胁迫处理,结果表明沉默OsWRKY67基因可显著增强水稻的耐旱性,过表达OsWRKY67基因会显著降低水稻的耐旱性。进一步研究发现OsWRKY67能够调控部分耐旱相关基因(DREB1A,DREB1B,DREB2A和DREB2B)、ABA合成相关基因(NCED3和NCED4)及ABA通路相关基因(RaB16A,LIP9和LEA3)的表达。综合以上研究表明,OsWRKY67参与调控水稻响应多种非生物胁迫,通过ABA信号通路介导负向调控水稻苗期耐旱性。本研究揭示了OsWRKY67在水稻耐旱性中的调控作用,为利用该基因进行水稻耐旱品种选育提供了理论依据。