本文關(guān)鍵詞： 水稻 ABA受體 OsPYLs OsPP2Cs 干旱脅迫 冷脅迫 種子萌發(fā)　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：ABA是一種重要的植物激素,參與調(diào)控植物生長發(fā)育的各個(gè)方面,包括:種子的休眠、萌發(fā)、幼苗的生長等。此外,ABA又是一種抗脅迫激素,響應(yīng)各種生物和非生物脅迫,如:干旱、鹽堿、低溫冷害等。水稻作為重要的糧食作物,經(jīng)常受到干旱、低溫等逆境環(huán)境的影響,嚴(yán)重威脅著水稻的產(chǎn)量和糧食安全。由于ABA在抵御逆境脅迫中的重要功能,ABA受體獲得廣泛而深入的研究,以探索其抵御逆境的分子機(jī)制。自擬南芥ABA受體PYR/PYL/RCARs基因家族發(fā)現(xiàn)以來,ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及其抗逆的分子機(jī)制也逐漸被闡明,并獲得一致認(rèn)可。但在單子葉植物水稻中并沒有太多報(bào)道,本論文利用擬南芥14個(gè)PYR/PYL/RCAR基因的氨基酸序列在水稻基因組數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對分析,發(fā)現(xiàn)在水稻中含有13個(gè)OsPYLs同源基因,其中有3個(gè)(OsPYL11~13)在N端或C端有大片段的缺失,被認(rèn)為是無功能的。所以本課題只克隆了其他10個(gè)OsPYLs基因(OsPYL1~10),來研究它們的表達(dá)模式和生物功能。主要研究結(jié)果如下:1、OsPYLs基因家族的表達(dá)具有組織特異性。OsPYL7/8在胚中表達(dá)量較高,OsPYL3和OsPYL5在葉中表達(dá)量較高,OsPYL1在根中表達(dá)量較高,OsPYL2/9在所有組織中表達(dá)量都較高。2、OsPYLs基因家族對ABA的響應(yīng)具有復(fù)雜性和多樣性。一些基因的表達(dá)是受ABA下調(diào)的,如:OsPYL1、OsPYL2/9和OsPYL3;而一些基因的表達(dá)是受ABA上調(diào)的,如:OsPYL4;當(dāng)然,有些基因表達(dá)不受ABA的影響,如OsPYL5、OsPYL7/8 和 OsPYL10。3、OsPYLs蛋白定位在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)。4、在酵母和煙草中研究了10個(gè)OsPYLs蛋白與5個(gè)OsPP2Cs蛋白之間的互作關(guān)系,發(fā)現(xiàn)OsPYLs選擇性的與OsPP2Cs互作,它們之間的互作有的是依賴于ABA的,有的是不依賴于ABA的。5、OsPP2Cs以不依賴于ABA的方式?jīng)Q定OsPYLs-OsPP2Cs復(fù)合物的亞細(xì)胞定位。6、為了研究OsPYLs基因家族的生物功能,我們分別獲得了OsPYL3和OsPYL9過表達(dá)轉(zhuǎn)基因水稻。萌發(fā)階段對ABA的敏感性實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),OsPYL3和OsPYL9過表達(dá)轉(zhuǎn)基因水稻在種子萌發(fā)階段對ABA超敏感,且OsPYL9過表達(dá)轉(zhuǎn)基因水稻較OsPYL3過表達(dá)轉(zhuǎn)基因水稻對ABA有更高的敏感性;干旱脅迫實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),OsPYL3和OsPYL9過表達(dá)轉(zhuǎn)基因水稻氣孔關(guān)閉速率快,失水速率慢,提高了水稻對干旱脅迫的抵抗能力;冷脅迫實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),OsPYL3和OsPYL9過表達(dá)轉(zhuǎn)基因水稻細(xì)胞膜穩(wěn)定性增強(qiáng),提高了水稻對冷脅迫的耐受能力�？傊�,我們發(fā)現(xiàn)并總結(jié)了水稻ABA受體OsPYLs基因家族一些未被前人報(bào)道的特征,這一發(fā)現(xiàn)極大可能為提高水稻的抗脅迫能力提供新的研究思路和研究視角。
[Abstract]:ABA is an important phytohormone involved in the regulation of plant growth and development, including seed dormancy, germination, seedling growth and so on. In response to various biological and abiotic stresses, such as drought, salt and alkali, cold chilling, etc. As an important food crop, rice is often affected by drought, low temperature and other stress environment. It is a serious threat to the yield and food security of rice. Because of its important function in resistance to stress, ABA receptor has been widely and deeply studied. Since the discovery of Arabidopsis ABA receptor PYR/PYL/RCARs gene family, its signal transduction pathway and its molecular mechanism of stress resistance have also been elucidated. But not much has been reported in monocotyledonous rice. In this paper, the amino acid sequences of 14 PYR/PYL/RCAR genes of Arabidopsis thaliana were compared in rice genome database, and 13 OsPYLs homologous genes were found in rice. There are three OsPYL1113) with large fragment deletion at the N-terminal or C-terminal. Therefore, only 10 other OsPYLs genes were cloned to study their expression patterns and biological functions. The main results are as follows: 1. The expression of OsPYLs gene family was tissue specific. The expression of OsPYL7 / 8 in embryos was higher. The expression of OsPYL3 and OsPYL5 was higher in leaves. The expression of OsPYL1 in root was higher than that of OsPYL2 / 9 in all tissues. The response of OsPYLs gene family to ABA is complex and diverse. Some genes are down-regulated by ABA, such as: OsPYL1, OsPYL2 / 9 and OsPYL3; Some genes were up-regulated by ABA, such as: OsPYL4; Of course, some genes are not affected by ABA, such as OsPYL5, OsPYL7 / 8 and OsPYL10.3OsPYLs are located in cytoplasm and nucleus. The interaction between 10 OsPYLs proteins and 5 OsPP2Cs proteins was studied in yeast and tobacco. The selective interaction between OsPYLs and OsPP2Cs was found. The interaction between them is either dependent on ABA or not on ABA. 5. In order to study the biological function of OsPYLs gene family, OsPP2Cs determines the subcellular localization of OsPYLs-OsPP2Cs complex in a manner independent of ABA. We obtained OsPYL3 and OsPYL9 overexpression transgenic rice respectively. The sensitivity to ABA in germinating stage was analyzed. OsPYL3 and OsPYL9 overexpression in transgenic rice was hypersensitive to ABA during seed germination. OsPYL9 overexpression was more sensitive to ABA than OsPYL3 overexpression. Drought stress analysis showed that OsPYL3 and OsPYL9 overexpressed transgenic rice stomatal closure rate was fast, water loss rate was slow, improved the resistance of rice to drought stress. Cold stress analysis showed that OsPYL3 and OsPYL9 overexpression of transgenic rice cell membrane stability enhanced, improve the tolerance of rice to cold stress. We have found and summarized some characteristics of rice ABA receptor OsPYLs gene family that have not been reported by previous researchers. This discovery may provide a new way of thinking and research perspective for improving the resistance of rice to stress.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S511;Q943.2

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本文編號：1467909