水稻幼穗响应盐胁迫的转录组分析

盐胁迫是影响作物生长发育的重要环境因素之一。鉴定水稻耐盐新基因以及揭示其可能的机制并应用于新种质创制和新品种选育,是提高水稻耐盐性的重要途径之一。本研究以实验室自主选育的耐盐性不同的水稻品系58M和58L为材料,用0.6%NaCl处理0、6、24 h后收集水稻的幼穗,并进行转录组测序研究。结果发现,以0 h的幼穗为对照,58M品系在盐胁迫6 h后检测到表达上调基因1483个,下调基因1085个;盐胁迫24 h后上调基因937个,下调基因459个。58L品系在盐胁迫6 h后有931个基因上调,2614个下调基因;盐胁迫24 h后有930个基因上调,1299个下调基因。通过韦恩图分析发现,盐胁迫6 h后有178个基因在58M品系中上调,在58L中下调;盐胁迫24 h后有30个基因在58M品系中上调,在58L中下调。将这208个目标基因进行GO功能富集分析与KEGG pathway分析,GO分析发现,这些差异基因在生物学过程、细胞组分和分子功能3个主类中,分别占40.43%、31.56%和28.01%;KEGG Pathway分析结果表明,这些差异基因显著富集的通路包括二萜类生物合成、氨基酸糖与核苷酸糖代谢、苯丙烷生物合成、生物素代谢、代谢通路、次生代谢产物的生物合成、α-亚麻酸代谢、脂肪酸生物合成和不饱和脂肪酸的生物合成等。另外,通过对目标基因的挖掘共发现5个重要的转录因子。本研究通过水稻幼穗转录组分析,为研究幼穗耐盐分子机制提供参考。

倔强

“当我知世界不一样．那就让我不一样”。没有什么事是绝对的．他们总说我是个格格不入的人．我不会说什么“好话”，偶尔泛出一两句真心话。便会被人扁为“狗嘴里吐不出象牙”．我从来都不会发脾气．认为这才叫作倔强．

耐盐芦苇大片段BIBAC载体构建及水稻遗传转化

利用盐生植物的耐盐基因改良作物耐盐性是保障土壤盐渍化地区粮食生产和改良盐渍化土地的最经济最有效的途径。本研究以生长于西北盐盖上的一种耐盐野生芦苇为材料,制备了Mb级耐盐芦苇基因组DNA,酶切后经脉冲场凝胶电泳将其分离为不同大小的大片段DNA区段,并与酶切回收的BIBAC-S载体进行连接,成功构建了耐盐芦苇不同大小的大片段DNA-BIBAC载体,经根癌农杆菌EHA105介导,成功地转化了粳稻品种‘中花11’成熟胚愈伤组织,获得了转基因水稻植株。研究表明,不同大小的大片段DNA-BIBAC载体在转化同一受体材料时,其所获得的愈伤转化率、植株转化率、转基因植株的阳性率等存在差异,说明插入片段的大小与转化效率之间存在关系。本研究为创制耐盐水稻新种质、克隆盐生植物的耐盐基因提供了理论和技术参考。

30份水稻材料的耐盐性鉴定与评价

以30份耐盐性不同的水稻品种(系)为材料,在苗期对其进行盐胁迫处理(NaCl浓度分别为0,0.3%,0.5%),同时,测定了耐盐相关指标,并运用相关性分析、主成分分析和隶属函数等方法,对水稻耐盐性进行了筛选及评价。结果表明:在盐胁迫条件下,水稻品种的地上部鲜质量(FW)、地上部干质量(DW)、叶片的净光合速率(Pn)、水分利用率(WUE)、叶绿素含量(TC)等与生长相关的指标均呈不同程度的下降。而丙二醛(MDA)含量、可溶性糖(SS)含量、可溶性蛋白(SP)含量、游离脯氨酸(Pro)含量,过氧化物酶(POD)活性等与生理代谢相关的指标都升高。在0.5%NaCl溶液处理下,除Pro含量外,其他指标的耐盐系数的变异系数都大于0.3%盐浓度处理下的变异系数,显示0.5%NaCl处理能更好地展示不同品种(系)之间的耐盐性差异。对0.5%NaCl处理下的各指标,运用相关性分析筛选出各指标间有显著性相关的耐盐指标及用隶属函数综合评价得出D值,显示耐盐性较强的5个品系为14-57,14-6,14-36,W01和14-58-2;耐盐性较弱的5个品系是16-8,50188-2,16-9,15-18-2和14-58-1。逐步回归分析结果显示,利用这3个指标对各水稻品种(系)的耐盐性的估计精度均可达到90%以上。同时发现,叶片的净光合速率(Pn)、水分利用率(WUE)、地上部鲜质量(FW)等是评价水稻耐盐性的最重要的3个指标,根据综合评价结果,使用系统聚类可把30份供试水稻品种(系)分成3类,分别为耐盐型、中间型和盐敏感型。

水稻种子蛋白质的组成和积累形态对稻米品质的影响

设置水培试验对‘16-17’(谷蛋白前体聚合物明显,含量高)和‘16-20’(谷蛋白前体聚合物不明显,含量低)分别进行CK(氮2800μmol/L,硫80μmol/L)、N(氮3640μmol/L,硫80μmol/L)、S(氮2800μmol/L,硫260μmol/L)、N+S(氮3640μmol/L,硫260μmol/L)处理,以此改变稻米品质和稻米贮藏蛋白质的组成与含量,从而对稻米蛋白质各组分及相关品质性状进行分析。结果表明:(1)在N、S和N+S的不同处理下均增加了粗蛋白的含量,使‘16-20’的稻米粗蛋白百分含量分别增加2.35%、2.67%和2.73%;(2)在2个品种的各组分蛋白含量变化中,‘16-17’的醇溶蛋白和谷蛋白的百分含量在N、S和N+S下较对照分别增加了9.75%、4.21%和4.67%,3.92%、7.38%和12.92%。‘16-20’的谷蛋白百分含量在S和N+S处理下增加了17.72%和29.38%,醇溶蛋白百分含量在N+S下增加了3.73%,而球蛋白百分含量在N、S和N+S三个处理下降低了2.86%、3.78%和3.69%,清蛋白在N、S处理下显著降低;(3)谷蛋白的2个亚基的相对含量和57 kDa谷蛋白前体及57 kDa以上谷蛋白聚合体的积累在‘16-20’品种中明显增加。(4)稻米品质中,N、S配施对2个参试品种的碾磨品质性状的影响不明显,但有利于2个品种稻米外观品质和食味品质的改善,并使‘16-20’的营养品质显著增加,另外,‘16-20’的千粒重在S和N+S处理下显著增加。故不同N、S配施处理下,不同品种水稻贮藏蛋白质的组成和积累形态差异很大,并改变了含巯基蛋白质组分的积累量和积累形态。尤其是在富S条件下,蛋白质积累过程中形成较多的巯基及二硫键,并通过二硫键来改变含巯基的蛋白质亚基之间的聚合程度,形成不同分子量的谷蛋白聚合体,使蛋白质的积累形态发生明显改变,进而使稻米相关品质性状发生改变。

盐胁迫过程中渗透胁迫和离子胁迫对水稻种子萌发的影响

种子萌发是植物生长发育的关键阶段,易受外界环境的影响,研究水稻种子萌发响应不同胁迫的生理机制具有重要意义。本研究以水稻品系‘58L’种子为实验材料,用NaCl (100 mmol/L)溶液及等渗透势的PEG和PEG+LiCl溶液和低渗透势但同等离子毒性的Li Cl (20 mmol/L)溶液分别进行胁迫处理,对种子萌发过程中的发芽特性、形态特征、生理指标及活性氧的分布进行了观察测定和分析。结果表明:各胁迫处理均会不同程度地抑制或延缓水稻种子的萌发,其中以PEG和PEG+LiCl处理最为明显,其次为NaCl处理,LiCl的影响最小,故渗透胁迫是影响种子发芽势的主要因素;对于幼苗的形态建成,PEG处理主要影响芽的生长,LiCl主要抑制根的生长,Na Cl和PEG+LiCl则对根、芽生长都有明显抑制;在种子萌发早期,NaCl和LiCl对α-淀粉酶活性的影响较小,PEG处理的影响则比较明显,随着处理时间延长,NaCl、LiCl和PEG+LiCl处理下α-淀粉酶活性增加缓慢,而PEG处理下α-淀粉酶活性在后期迅速增加,甚至高于对照,表明PEG只是影响种子吸水导致α-淀粉酶活性暂时受到抑制。本研究表明盐胁迫条件下渗透胁迫和离子胁迫对水稻种子发芽和形态建成具有不同影响,为揭示逆境下种子萌发的机理和进行技术调控提供理论依据。