水稻（Oryza sativa L.）是重要的糧食作物之一,同時也是功能基因研究的模式植物。但是水稻對干旱、高鹽和高溫脅迫等非生物逆境的耐受能力較差,且是需水量最大的農作物,其用水量約占我國農業(yè)用水量的70%。全球氣候變曖、干旱頻發(fā)、水資源短缺等對水稻的生產造成了極大影響。因此,尋找水稻抗旱基因,增強水稻對逆境脅迫的適應性,培育節(jié)水抗旱稻（WDR）,從而增加水稻產量顯得尤為重要。本研究通過對水稻耐旱性轉錄組數據分析,篩選獲得了一批耐旱性候選基因,對這些基因在水稻中分別進行了超量表達和基因敲除,然后對這些轉基因水稻在PEG6000模擬干旱脅迫條件下進行表型篩選,從中得到了一個對水稻耐旱性有明顯功能的基因OsbZIP62,并對其進行了詳細的功能解析。主要結果如下:1. 通過對不同抗旱類型的典型水稻材料的葉片轉錄組數據進行生物信息學分析,我們得到了10個位于耐旱基因共表達網絡節(jié)點的候選基因,并對這些基因進行了克隆、超量表達載體和CRISPR/Cas9基因敲除載體的構建,通過農桿菌介導法對粳稻品種日本晴進行了遺傳轉化。用PEG6000溶液對這些轉基因水稻進行了苗期的模擬干旱脅迫篩選,獲得了1個... 

【文章來源】：華中農業(yè)大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：138 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

植物體內非生物逆境脅迫信號傳遞一般途徑

水稻耐旱相關轉錄因子基因的分離和OsbZIP62的功能鑒定9圖2.植物逆境應答的ABA依賴和ABA非依賴途徑。Figure2.ABA-dependentandABA-independentsignalingpathwayinresponsetoosmoticstress(Yoshidaetal.,2014).一般而言，ABA依賴型主要在植物面臨干旱、高鹽和滲透脅迫時發(fā)揮作用，而ABA非依賴型則主要在植物面臨冷脅迫時發(fā)揮作用。在ABA依賴型的逆境脅迫響應過程中，植物通過激活ABA合成途徑提高ABA的含量，再通過ABA信號傳遞激活相關轉錄因子、提高轉錄水平，進而促進轉錄因子與下游抗逆基因的啟動子結合從而激活或抑制脅迫相關基因表達，提高植物對逆境脅迫的適應性。依賴于ABA脅迫應答的基因啟動子區(qū)域一般含有ABRE（ABAresponsiveelement）、CE（couplingelement）等順式元件，轉錄因子bZIP、WRKY、MYB和AP2/EREBP等通過與其結合來調控脅迫相關基因的表達。Guiltinan等人最早從小麥Em和水稻RAB基因的啟動子研究開始，發(fā)現ABRE是一段含有ACGTGGC序列的片段（Guiltinanetal.,1990）。ABRE的一致序列為（C/T/G）

水稻耐旱相關轉錄因子基因的分離和OsbZIP62的功能鑒定11實了RCAR1與ABA的結合活性，發(fā)現RCAR1是ABA的潛在受體（Maetal.,2009）。同年Park等人運用化學遺傳學方法，用人工合成法模仿ABA作用的種子萌發(fā)抑制劑pyrabactin篩選到了PYR/PYL/RCAR家族成員的另一個蛋白PYL1，并且證實PYL1也能與ABA結合。RCAR1和PYL1都是包含有START結構域的蛋白，它們可以與PP2C（Proteinphosphatase2C）結合，并抑制其磷酸化活性（Maetal.,2009;Parketal.,2009）。隨后包括中國、美國、日本、法國等國的科研人員在Science和Nature及其子期刊上相繼報道了有關PYL蛋白就是ABA真正受體的結構生物學研究成果，并對其結構進行了比較和分析，解析了ABA是如何介導PYL蛋白與PP2C結合并抑制PP2C活性的分子機制（Yinetal.,2009）。朱健康研究團隊用脅迫響應啟動子pRD29A將產生ABA的PYL受體蛋白PYL9在擬南芥和水稻中進行轉化，發(fā)現該蛋白的過量生產可提高植物的抗旱性（Zhaoetal.,2016;Wangetal.,2017）。最近，研究人員通過系統(tǒng)的生化分析，發(fā)現了ABA信號傳導過程中一個新的負調控因子——酪蛋白激酶（AELs），該蛋白能將ABA受體蛋白PYR/PYLs磷酸化和降解，進而抑制ABA的信號傳遞（圖3），這進一步增加了人們對ABA信號通路的認識，也為了解ABA的抗旱機理提供了新的參考（Chenetal.,2018）。圖3.ABA信號傳導核心通路。Figure3.ABAcoresignalinginArabidopsis(Chenetal.,2018).

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]擬南芥轉錄因子TGA7參與植物響應干旱脅迫的機制研究[D]. 吳娟娟.中國農業(yè)大學 2014

碩士論文
[1]栽培稻抗旱性的性狀鑒定與水分適應度研究[D]. 王飛名.華中農業(yè)大學 2008



本文編號：3121072