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。