【摘要】：水資源短缺是目前制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)主要問(wèn)題,隨著世界人口不斷的增長(zhǎng)、人均水資源短缺、水資源分布不均等問(wèn)題也愈發(fā)凸顯。在水資源短缺不可逆轉(zhuǎn)的形勢(shì)下,除采用節(jié)水灌溉方式以外,生物節(jié)水在農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展中的地位越來(lái)越受到重視。水稻是中國(guó)最主要的糧食作物之一,全國(guó)水稻產(chǎn)量約占糧食作物總產(chǎn)量的40%,稻田面積約占全國(guó)糧食作物總面積的28%,水稻也是農(nóng)業(yè)用水的第一大戶(hù)。如何提高水稻的水分利用效率,開(kāi)展水稻節(jié)水抗旱研究,發(fā)展節(jié)水型水稻,緩解水資源的供需矛盾,在農(nóng)業(yè)節(jié)水抗旱中具有突出意義。光敏色素作用因子(PIFs,Phytochrome-interacting factors)是堿性螺旋-環(huán)-螺旋(bHLH,basichelix-loop-helix)轉(zhuǎn)錄因子家族的第15亞族,參與了植物生長(zhǎng)發(fā)育的多個(gè)方面,對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的多個(gè)過(guò)程如:種子萌發(fā)、胚軸伸長(zhǎng)、葉綠素生物合成、避蔭反應(yīng)、晝夜節(jié)律等都有調(diào)控作用,但關(guān)于光敏色素作用因子在干旱中的作用仍待闡明。在本實(shí)驗(yàn)室前期研究中,發(fā)現(xiàn)玉米PIFs轉(zhuǎn)錄因子ZmPIF1和ZmPIF3能夠顯著提高轉(zhuǎn)基因水稻的抗旱性,然而ZmPIF1和ZmPIF3的抗旱機(jī)理還不太清楚。本研究運(yùn)用植物生理學(xué)、分子生物學(xué)、基因表達(dá)譜分析等手段,研究PIFs在水稻中的抗旱機(jī)理,初步分析ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)錄因子與蒸騰、氣孔、ABA和水稻產(chǎn)量之間的關(guān)系。1、通過(guò)離體葉片失水率測(cè)定、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率測(cè)定以及氣孔觀察等實(shí)驗(yàn),比較ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系與對(duì)照在蒸騰方面的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示ZmPIF1和ZmPIF3通過(guò)減小氣孔開(kāi)度、降低蒸騰速率提高ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系的抗旱性,即節(jié)水抗旱。2、通過(guò)測(cè)定ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系萌發(fā)后對(duì)ABA的響應(yīng)及內(nèi)源ABA含量,進(jìn)一步分析ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系氣孔開(kāi)度降低是否與ABA相關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系對(duì)外源ABA超敏感,但轉(zhuǎn)基因株系和對(duì)照的內(nèi)源ABA含量卻無(wú)顯著性變化,推測(cè)ZmPIF1和ZmPIF3可能參與ABA信號(hào)通路。3、通過(guò)比較ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系和野生型對(duì)照的表達(dá)譜(DGE,Digital gene expression),發(fā)現(xiàn)干旱脅迫相關(guān)基因、氣孔開(kāi)度相關(guān)基因以及ABA信號(hào)通路相關(guān)基因在ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系中均顯著上調(diào)。此外ABA合成、分解代謝相關(guān)基因在轉(zhuǎn)基因株系和對(duì)照中均未變化,與內(nèi)源ABA含量測(cè)定結(jié)果相符,進(jìn)一步表明ZmPIF1和ZmPIF3可能通過(guò)參與ABA信號(hào)通路調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)閉。4、為進(jìn)一步研究ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)錄因子在水稻中的節(jié)水抗旱機(jī)制,本研究利用水稻酵母雙雜交文庫(kù)篩選ZmPIF1和ZmPIF3的互作蛋白,均篩選得到MYB家族轉(zhuǎn)錄因子。MYB轉(zhuǎn)錄因子在植物生長(zhǎng)發(fā)育和逆境響應(yīng)中起著重要的作用,但ZmPIF1和ZmPIF3與這些蛋白具體的互作機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。5、2015和2016年對(duì)ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因水稻的農(nóng)藝學(xué)性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)ZmPIF1和ZmPIF3能夠增大轉(zhuǎn)基因水稻的蘗角,增加有效分蘗數(shù),進(jìn)而增加水稻總產(chǎn)量。綜上所述,這些結(jié)果表明ZmPIF1和ZmPIF3通過(guò)ABA信號(hào)通路控制氣孔開(kāi)閉,降低蒸騰速率,極顯著提高轉(zhuǎn)基因水稻的節(jié)水抗旱性,且轉(zhuǎn)基因水稻具有較好的農(nóng)藝性狀,表明ZmPIF1和ZmPIF3在作物抗旱分子遺傳改良中具有應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

在千旱脅迫條件下，植物合成并積累ＡＢＡ誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉并減少水分散失。ＡＢＡ通過(guò)逡逑復(fù)雜的信號(hào)機(jī)制觸發(fā)陰離子和Ｋ＋通過(guò)保衛(wèi)細(xì)胞質(zhì)膜離子通道流出保衛(wèi)細(xì)胞，減少保衛(wèi)細(xì)胞逡逑膨壓、關(guān)閉氣孔。如圖１．１所示，在無(wú)ＡＢＡ存在時(shí)，蛋白a愃崦福玻茫ǎ校校玻�，，７w潁錚簦澹椋鑠澹穡瑁錚螅穡瑁幔簦幔螅邋義希玻茫┦溝彌參锫固欠欠⒔停卞逑喙氐鞍準(zhǔn)っ稿澹玻ǎ櫻睿遙耍�，邋ｓｕｃ}錚螅澹睿錚睿媯澹潁恚澹睿簦椋睿紓歟潁澹歟幔簦澹洌穡潁錚簦澹椋鑠義希耄椋睿幔螅澹┖停有鴕趵胱油ǖ勞蚜姿嶧�。謾n米⒁獾氖牽櫻蹋粒茫卞澹ǎ櫻蹋粒茫保櫻歟錚麇澹粒睿椋錚鑠義希茫瑁幔睿睿澹歟粒悖悖錚悖椋幔簦澹洌歟┲苯穎唬校校玻茫笸蚜姿嶧�，所以需要窐�(lè)狗翹匾煨園剩茫幔玻せ睿有灣義弦趵胱油ǖ饋⒂盞計(jì)墜乇鍘Ｒ虼�，胞质脑懩仿N匾煨裕茫幔玻黽櫻直Ｎ老赴吶蜓狗厘義現(xiàn)蠱墜乇眨ǎ停酰睿澹恚幔螅徨澹澹翦澹幔歟�，２０１�(dān)�。辶x顯冢粒攏鏈嬖謔�，Ａn潦芴澹校伲遙校伲蹋遙茫粒醫(yī)岷喜⒁種疲校校玻茫�，随后激活Ｃａ２＋非依辶x俠檔鞍準(zhǔn)っ福櫻睿遙耍玻

本文編號(hào)：2558436