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《湖北大学》 2016年
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水稻OsCBSCBSPBI基因生殖期抗旱功能的研究

孙文超  
【摘要】:干旱严重威胁着水稻的生长发育,会给处于生长关键期的水稻带来非常严重的影响,水稻生殖期干旱胁迫直接导致巨幅减产,严重时以致颗粒无收。因此挖掘生殖期相关旱性基因,以此提高水稻抗干旱的能力迫在眉睫。OsCBSCBSPBI基因存有两个胱硫醚-β合成酶(cystathionine beta synthase, CBS)结构域和一个PBI结构域。研究还表明,CBS家族极有可能参与非生物胁迫应答行为,因此研究OsCBSCBSPBI基因的相关功能对探讨水稻的抗旱作用机理意义重大。本实验以中花11和OsCBSCBSPBI基因T-DNA插入突变体oscbscbspbi为实验材料,探索生殖期干旱处理后OsCBSCBSPBI基因的相关功能和调控路径,研究结果如下:(1)生物信息学分析表明,OsCBSCBSPBI基因位于水稻基因组中第1号染色体上,内含有14个外显子,并编码238个氨基酸,通过生物信息学软件进行研究发现,该蛋白的大小为23.7kDa,等电点为9.89,基因内含有2个CBS结构域,同源比对发现该基因非常保守。进化树分析发现,与水稻亲缘关系比较进的物种分别为小米和芝麻。(2)干旱处理5天后发现中花11根活性要明显高于oscbscbspbi水稻。其中中花11的根、茎、叶以及花药的相对含水量相对于oscbscbspbi水稻来说差异显著。与此同时我们对干旱处理前后的水稻花粉进行育性和活性的观察,发现无论是花粉育性还是花粉活性,中花11都要高于oscbscbspbi。回补突变后oscbscbspbi的表达量和中花11基本一致且回补苗的表达量要略高于中花11,oscbscbspbi的抗旱能力大幅提高至与中花11相似,证实该基因很可能和水稻抗旱性相关。以上结果均显示,该基因的存在直接增加了水稻在生殖期的抗旱能力。(3)研究表明该基因直接影响保护酶类的表达及膜损伤。保护酶类物质超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH),渗透保护物质脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白和可溶性糖均有上升,且中花11上升幅度要明显高于oscbscbspbi水稻,膜损伤物质丙二醛(MDA)、TBARS则相反,oscbscbspbi要显著高于中花11。(4)组织特异性研究表明该基因表达集中在花药中表达,其次在叶中也有表达,OsCBSCBSPBI基因亚细胞定位结果表明OsCBSCBSPBI基因编码的蛋白是一种膜蛋白,极有可能参与植物逆境胁迫的信号转导和保护膜物质免受损伤。(5)在确认该基因确实具有调节水稻生殖期抗旱的功能后,我们进一步设计实验对其可能的调控机制开展研究。结果表明,干旱处理后,中花11和oscbscbspbi的ABA的动态变化表现为有差异,说明该基因可能通过依赖ABA的信号通路调控抗旱能力。DERB1A和DERB1E属于DREB1/CBF家族、AP59和AP37属于AP2/ERF家族,前认上述基因的上调有助于增加植物的抗旱能力。干旱处理后上述基因在中花11中的含量均要高于oscbscbspbi,说明中花11抗旱能力要明显强于oscbscbspbi。与ROS途径相关的基因APX2、SodA1、Cat能降解ROS,从而抑制ROS的积累,研究发现上述基因在野生型中显著高表达,表明该基因有可能介入ROS细胞通路来增强植株的抗旱能力。通过查找KEGG了解,OsCBSCBSPBI基因可能通过降解高半胱氨酸产生半胱氨酸进而合成谷胱甘肽来清除细胞内活性氧和自由基。详细的细胞信号通路和机制尚待研究和完善。
【学位授予单位】:湖北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S511;Q943.2

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1 孙文超;水稻OsCBSCBSPBI基因生殖期抗旱功能的研究[D];湖北大学;2016年
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