核黄素参与水稻非生物胁迫的响应分析

为探究核黄素在水稻非生物胁迫响应中的作用,以粳稻Kitaake和籼稻T98B为试验材料,考察了核黄素对2种材料的盐、高温、渗透、碱和氧化胁迫响应的影响,重点测定了盐和高温胁迫下水稻体内核黄素合成基因的表达和相关生理指标。结果表明,(1)施加外源核黄素有效提高了2种水稻材料的盐和高温胁迫耐受性,降低了渗透胁迫耐受性,而其氧化和碱胁迫耐受性不受影响。(2)逆境胁迫均不同程度地促进了核黄素在2种水稻材料中的积累,尤其在盐和高温胁迫下促进效果最明显。(3)盐和高温胁迫均诱导了核黄素合成酶基因的表达,促进了核黄素的生物合成,改善了水稻的胁迫耐受性。研究表明,非生物逆境胁迫能促进核黄素在水稻体内的合成和积累,外源核黄素也能明显提高水稻对盐和高温胁迫的耐受性,但却降低了其对渗透胁迫的耐受性。

过表达OsCatC基因水稻的获得及其耐盐性机理分析

过氧化氢酶C(Catalase C,CatC)作为重要的抗氧化酶,在水稻发育和胁迫响应方面起重要作用。为了探究CatC在盐胁迫响应中的功能及其作用机制,该研究构建了OsCatC过表达转基因水稻,并比较了其耐盐性和相关抗逆生理指标的变化。结果表明:(1)成功构建过量表达载体pCUbi1390-OsCatC-Flag,并经农杆菌介导的愈伤组织转化获得了30个独立转基因株系(T0),Western blot鉴定T1代幼苗共获得2个OsCatC过表达株系(OE-10、OE-18);qRT-PCR分析发现,OE-10和OE-18株系的OsCatC转录水平显著高于野生型(WT),证明OsCatC基因已成功过表达于转基因株系(OE-10、OE-18)中,且能正常翻译为融合蛋白CatC-Flag。(2)正常水培条件下,OE-10和OE-18与WT的水稻幼苗长势无明显差异,200 mmol·L-1 NaCl处理7 d后再恢复水培10 d时,OE-10和OE-18幼苗的存活率为20%~25%,而WT幼苗绝大部分则干枯死亡,存活率仅为5%左右。(3)与WT相比,OsCatC过表达水稻(OE-10和OE-18)幼苗的耐盐性显著增强,其盐胁迫下的相对电导率、丙二醛和H_(2)O_(2)含量显著降低,过氧化氢酶活性显著升高;4μmol·L^(-1)甲基紫精(MV)处理7 d后,OE-10和OE-18生长受抑制程度显著小于WT,且幼苗的长度均显著大于WT,表现出较强的氧化胁迫耐受性。研究发现,CatC主要通过降解盐胁迫下过量积累的H_(2)O_(2),减轻氧化损伤,从而提高水稻的耐盐性,证明过表达OsCatC能显著提高水稻对盐胁迫的耐受性,且OsCatC是一个非常好的水稻耐盐候选基因。

异源表达芸薹生链格孢谷氨酸脱氢酶基因AbGDH提高水稻氮素利用率的研究（英文）

氮元素是植物生长发育所必需的重要元素之一。高等植物中的NADP(H)型谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase, GDH)对NH4^+亲和力较低,因此植物主要通过谷氨酰胺合成酶(GS)/谷氨酸合酶(GOGAT)途径吸收NH4^+。真菌等低等生物中的GDH对NH4^+亲和力较高,所以它们在对NH4^+的利用途径中起着重要作用。本研究克隆了来自芸薹生链格孢(Alternaria brassicicola)的谷氨酸脱氢酶基因(AbGDH),并在水稻(Oryza sativa L. cv. Kitaake)中成功表达。体外酶活性分析表明, AbGDH对NH4^+、α-酮戊二酸和谷氨酸的K_m值分别为2.144±0.141 mmol/L、2.690±0.233 mmol/L和96.772±0.542 mmol/L。体内酶活性测定显示,与野生型相比,过表达AbGDH的水稻有更高的NH4^+亲和力和氨同化能力。此外,水培实验表明,与对照植物相比,转基因幼苗在低氮条件下植物高度和干重显著增加。这些结果说明,在水稻中异源表达AbGDH能促进α-酮戊二酸转化为谷氨酸,并在低氮条件下促进水稻的氨同化,从而提高氮素利用效率。

水稻OsCatB敲除突变体的构建及耐逆性初步分析

水稻过氧化氢酶B (catalase B, CatB)主要在非光合组织、愈伤组织、根和种子中表达,参与调控活性氧动态水平的平衡和根系的生长。目前, CatB参与非生物胁迫响应的功能在很大程度上是未知的。本研究利用基因编辑技术CRISPR/Cas9获得OsCatB基因敲除的纯合突变体catb,并分析了catb在盐、高温和氧化等胁迫处理下的生理和生化表型。研究结果发现,在盐处理下,突变体catb的生理和生化表型与野生型植株无显著差异;在热胁迫下, catb的过氧化氢酶活性和存活率与野生型植株相比显著降低,而H2O2含量显著升高;在氧化胁迫下, catb的幼苗高度低于野生型。这些结果说明,水稻CatB参与盐胁迫响应的调控不明显,而主要参与了高温和氧化胁迫响应,并正调控水稻的高温和氧化胁迫耐受性。该研究为进一步探究Os CatB参与逆境响应的分子机制和培育抗逆水稻品种提供了一定的理论指导和遗传材料。