水稻OsCNGC10基因抗倒伏性以及抗旱性功能研究

环核苷酸门控离子通道是一种配体门控的阳离子通道,存在于动物和植物体内,是真核生物信号级联反应的重要组成部分。本研究利用水稻环核苷酸门控离子通道(cyclic nucleotide-gated channel,OsCNGC10)基因,构建了超表达载体pU1301-CNGC10-Flag和双靶点敲除载体pRGEB32-CRISPR/cas9-cngc10,通过农杆菌介导的遗传转化法获得敲除和过表达材料,并从T2代中分离到纯合植株oscngc10-2及OE-CNGC10-6。转基因植株茎秆特性以及抗倒伏性分析表明,突变体oscngc10-2茎秆强度和抗倒伏性增强;茎秆细胞壁组织切片以及组织成分分析则表明突变体oscngc10-2植株抗倒伏性增强是由于茎秆细胞壁茎壁厚度、薄壁组织细胞丰度以及木质素含量增加所致;过表达OsCNGC10降低了茎秆壁厚、茎秆木质素含量以及茎秆细胞壁细胞丰度,敲除OsCNGC10增加了茎秆木质素含量且增加了茎秆细胞壁薄壁细胞丰度,初步证明OsCNGC10与水稻茎秆细胞壁成分合成相关,负调控水稻抗倒伏性;T2代田间试验结果表明,与野生型相比,突变体oscngc10-2植株的株高、有效穗、穗长、穗粒数、结实率、千粒重和单株产量等农艺性状显著提升;苗期干旱胁迫实验结果表明,在干旱胁迫下,OsCNGC10基因缺陷型植株体内丙二醛(MDA)含量积累速度加快,且无法形成足够的游离脯氨酸,而过表达OsCNGC10植株在遭受干旱胁迫时,体内游离脯氨酸(Pro)含量大量升高,且MDA积累速度相对变慢,初步说明OsCNGC10正向调控水稻苗期抗旱性。本研究结果表明水稻OsCNGC10可能在水稻抗倒伏及抗旱方面有潜在功能,为培育抗倒伏且高产的水稻新品种提供了理论基础和新的种质资源。

寄主诱导的基因沉默干扰核盘菌致病基因OAH在甘蓝型油菜抗菌核病中的应用

油菜是我国第一大油料作物,菌核病是我国油菜面临的主要病害之一。本试验利用HIGS技术将核盘菌中关键致病基因SS1G_08218(OAH)的干扰片段转化到甘蓝型油菜中,获得含有siRNA的转基因油菜植株,研究HIGS介导的SsOAH基因沉默对油菜抗菌核病的影响。接种核盘菌后的抗病鉴定结果表明,SS.OAH.RNAi转基因油菜植株对核盘菌抗性增强;R18、R25和R36株系叶片接菌后病斑部位核盘菌菌丝内的OAH基因表达量均低于野生型,证明siRNA在转基因油菜中成功表达;在添加了转基因油菜叶片提取物的培养基上培养的核盘菌扩展面积显著小于野生型,分别降低35.29%、21.98%、31.53%,且菌丝生长显著迟缓,扩展长度较短,分支少,生长过程中发生断裂,生长异常,将其接种于正常的野生型油菜后,其致病力明显下降;对转基因油菜叶片接种核盘菌后观察发现,叶片上的菌丝扩展较为稀疏,生长受阻,侵染垫形成受到抑制,暗示在油菜中表达OAH基因的干扰片段影响了菌丝生长和扩展;进一步检测其病斑组织中的草酸含量发现,接菌36 h、48 h后转基因油菜病斑组织中的草酸含量为391μg g^(-1)、446μg g^(-1),与野生型相比分别减少54μg g^(-1)、32μg g^(-1)。这一研究表明在油菜中表达核盘菌OAH的干扰片段能够降低核盘菌侵染时草酸的积累,从而增强转基因油菜对核盘菌的抗性水平。本试验利用HIGS技术研究了干扰核盘菌关键致病基因OAH增强油菜对核盘菌的抗性,为选育油菜抗菌核病品种提供理论基础和种质资源。

水稻延伸因子复合体家族基因鉴定及非生物胁迫诱导表达模式分析

延伸因子复合体(Elongator, ELP)是一类在真核细胞转录中起延伸RNA聚合酶Ⅱ作用的蛋白质复合物,这类复合体在植物生长发育以及生物和非生物胁迫响应等方面均发挥着重要作用。本研究利用生物信息学的方法对水稻(Oryzasativa)ELP基因家族(OsELPs)成员进行鉴定,并进一步对其理化性质、亚细胞定位、染色体定位、启动子顺式作用元件及在非生物胁迫下的表达模式进行分析。结果表明:OsELPs基因家族含有6个成员、随机分布在水稻5条染色体上,这6个基因编码含250~1344个氨基酸残基的蛋白质,其分子量介于27.97~148.99kD,等电点介于5.01~8.63。系统进化分析将来源于水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、酵母(Saccharomyces cerevisiae)和人类(Homosapiens)的ELPs蛋白分为4个亚组(GroupⅠ~GroupⅣ),其中第I亚组包含OsELP1,第Ⅱ亚族包含OsELP2和OsELP5,第Ⅲ亚组包含OsELP4,而第Ⅳ亚组包含OsELP3和OsELP6。OsELPs的启动子区域中存在多种顺式作用元件,主要响应光、植物激素、干旱、低温、防御和逆境等信号。在PEG、低温、高盐以及脱水等4种非生物胁迫下,6个OsELPs基因均有不同程度的差异表达,其中OsELP6在4种非生物胁迫下均显著诱导上调表达,该基因可能介导水稻对多种非生物逆境的综合抗性。

水稻CNGCs家族的鉴定及非生物胁迫诱导表达模式分析

为了解水稻CNGCs家族成员的基因结构、进化特征、亚细胞定位、启动子顺式作用元件和生物学功能,本研究利用生物信息学的手段对水稻CNGCs家族进行鉴定,运用RT-qPCR的方法分析OsCNGCs在非生物胁迫下的诱导表达模式。结果表明,水稻共有16个CNGCs,分布在1、2、3、4、5、6、9和12号染色体上。进化树分析显示OsCNGCs可分为4个大组(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ),而Ⅳ组可以细分为Ⅳ-A和Ⅳ-B 2个亚组。OsCNGCs启动子区域存在多种顺式调控元件,包括各种类型的光响应元件、厌氧诱导响应元件、逆境相关转录因子结合元件、防御和逆境响应元件、低温响应元件以及各种植物激素响应元件等,暗示OsCNGCs在响应多种激素和非生物胁迫中可能存在重要调控作用。多种非生物胁迫诱导表达分析表明,大多数OsCNGCs基因表现出明显的差异表达。本研究为解析CNGCs家族基因在水稻应对非生物胁迫中的功能提供了参考。

中介因子复合体在植物中的功能研究进展

中介因子复合体是真核生物转录装置中重要的组成部分。中介因子复合体在转录过程中起着连接转录因子和RNA聚合酶Ⅱ的桥梁作用,参与调控生物体内基因表达,使各种生物信号得以传递。研究发现,植物中介因子复合体由保守的特定亚基组成,其功能是与转录因子结合来调节各类反应。本综述概括了关于植物中介因子复合体的最新进展和其在植物生长发育、防御、应对非生物胁迫和新陈代谢等方面具有不同的作用。此外,还介绍了与中介因子复合体相互作用的转录因子。