高表达转 C4型 PEPC 基因水稻在低氮下诱导碳氮酶稳定光合作用

为揭示高表达转玉米C4-PEPC基因水稻在低氮条件下的光合表现,采用高表达转玉米C4-PEPC基因水稻(PC)与原种Kitaake(WT)为试验材料,通过盆栽试验,分别测定不同的氮素条件下(中氮300 kg/hm2,低氮65 kg/hm2),开花后不同天数的SPAD值,光合参数以及碳氮关键酶活性。并在开花后50 d收获植株,记录产量因子。结果表明:低氮处理下的PC相对于WT来说,在开花后14,28 d,其净光合速率分别提高了13.10%(P<0.05)和29.29%(P<0.05)。同时,Rubisco羧化酶在开花后14,28 d时活性分别提高了67.86%和52.63%(P<0.05);硝酸还原酶在14,28 d时的活性分别提高79.49%(P<0.05)和17.96%;谷氨酰胺合成酶仅在开花后28 d时活性提高28.48%(P<0.05)。但是通过对产量进行分析,在低氮条件下,并未发现PC的产量与WT有明显差异。可见,PC通过诱导碳氮的关键酶活性的提高维持低氮条件下高净光合速率。

低浓度NO对高表达转玉米C4型pepc水稻光合的促进

为了揭示C3植物中C4pepc高表达带来的生理差异与其高光合效率的关系。本文以高表达的转玉米C4pepc光合基因水稻(PC)及原种Kitaake(WT)为材料,通过水培在孕穗期通过根吸入的方法,进行不同浓度的NO供体、NO合成抑制剂以及相关影响信号分子的试剂单独和联合过夜处理12 h,选取倒二叶研究NO对供试材料净光合速率(Pn),气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)的影响。结果表明:WT和PC在200μmol·L-1SNP(Sodium ni-troprusside)和1 mmol·L-1 L-Arg(L-Arginine)处理下,Pn分别增加20.8%、10.7%,差异显著(p<0.05);随SNP和L-Arg浓度的增加,其表现不同程度的抑制,与PC相比,WT的Pn抑制更显著(p<0.05),而Gs和Ci的变化则相反(p<0.05);进一步结合200μmol·L-1SNP和1 mmol·L-1L-Arg与SA处理,结果与高浓度的NO供体处理类似;在联合6 mmol·L-1Ca2+螯合剂EGTA处理下,与PC相比,WT的Pn抑制达到极显著水平(p<0.01),Ci的变化则相反(p<0.05)。相关分析结果表明:PC的Pn的高低与Gs的相关性小于WT,PC与WT决定系数分别为0.654 9、0.773 5;而与Ci的相关性则更大些,PC与WT决定系数分别为0.466 5、0.419 6,显示PC可能有不同的调节方式,尤其在低浓度的NO,PC可在Ca2+参与下调节气孔的开放,在气孔关闭的条件下,仍能维持一定的Pn。

转C4型PEPC基因水稻非生物胁迫耐受性研究进展

作物在生长过程中会遇到很多非生物胁迫,如高温、高光强、干旱以及土壤盐碱化等,严重影响着作物产量潜力的发挥。水稻作为一半以上人类的主食以及模式植物,其对逆境信号分子的感受和响应作用机制一直是植物科学研究的热点之一。而高表达转玉米C 4型PEPC基因水稻显著增强了水稻的耐逆特性,作为表现耐逆优势的植物材料,在不同非生物胁迫有系列报道。文章对该水稻材料在形态、产量、生理生化及分子方面的变化特点以及其在响应非生物逆境下信号分子、转录因子、靶基因以及激素的作用机制等方面进行了总结,以期为进一步阐明水稻的耐旱机理提供参考依据。

海藻糖对转C_(4)型PEPC水稻种子萌发耐旱性的影响

为揭示海藻糖参与高表达转玉米C_(4)型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因(C_(4)-PEPC)水稻(Oryza sativa)(简称PC)在干旱胁迫下种子萌发的生理机制,本研究以PC及其未转基因野生型受体Kitaake(简称WT)种子为材料,研究外施不同浓度海藻糖联合干旱处理下,其种子活力、萌发过程中可溶性糖和脯氨酸含量、α-淀粉酶活性,以及α-淀粉酶、PEPC、糖信号、部分海藻糖相关基因的表达。结果表明,干旱处理均显著抑制了两材料的发芽率,并且抑制了芽的生长;外施低浓度海藻糖可缓解干旱对种子萌发的抑制,与WT相比,PC对海藻糖更加敏感,当海藻糖浓度为0.5 mmol·L^(-1)时已表现出明显的缓解效应,且较10 mmol·L^(-1)海藻糖对WT的缓解效果更佳。外施0.5 mmol·L^(-1)海藻糖联合干旱处理可以维持水稻的种子活力、种子内渗透调节物质含量以及α-淀粉酶活性,尤其有益于PC。外施0.5 mmol·L^(-1)海藻糖通过上调PC内依赖钙信号的CBL1-OsSnRK3.1/3.23基因的表达,激活OsK1a-OsMYBS1/2-OsAmy3/8途径;同时诱导OsTPP1/7合成海藻糖,上调蔗糖和葡萄糖含量,进而增强糖代谢,维持种子萌发。此外,海藻糖也上调了SAPK8/9/10和C_(4)-PEPC的转录水平,使PC在芽期表现耐旱。本研究结果为改善直播稻田的发芽率和"C_(4)稻"的创制提供了新线索。

5-氮杂胞苷对高表达转玉米C_(4)-PEPC基因水稻耐旱性的影响

为了揭示DNA甲基化在高表达转C4-PEPC基因水稻植株对干旱耐性的作用,以高表达转玉米C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因(C4-PEPC)水稻(PC)和受体Kitaake(WT)为材料,通过发芽、水培和盆栽试验,研究了施用不同浓度的DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5-azaC)联合干旱处理下,水稻芽期、苗期和生育后期,种子发芽率,苗期叶片的相对含水量、丙二醛、脯氨酸、总可溶性糖及其组分及总可溶性蛋白含量、PEPC酶活性以及C4-PEPC、与蔗糖非发酵1(SNF1)相关蛋白激酶(SNF1-related protein kinase 1s,SnRK1s)基因以及甲基转移酶基因表达的变化、剑叶的光合参数,并最后考察产量构成因子的变化,结果表明:5-azaC对水稻芽期和苗期干旱胁迫作用浓度呈现剂量效应,即低浓度促进,而高浓度抑制,其中作用浓度:芽期<苗期;而对芽期和苗期有促进和抑制的2个浓度外施于水稻生育后期的水稻植株后,则出现恶化的效应,表现为矮化、剑叶的净光合速率和单株产量下降。在缓解干旱抑制的浓度下,PC苗期的缓解效果好于WT,这种差异的表现与其内源蔗糖、SnRK1s基因以及OsMET1b的表达差异同步,而且PC叶片C4-PEPC表达对不同浓度的5-azaC处理也呈现剂量效应。综上,DNA甲基化参与了水稻干旱响应,但不同生育期表现不同,其中糖信号在调节DNA甲基化增强PC干旱耐性起重要作用。