反义OsPDCD5转基因提高水稻耐盐性及LRK1基因影响水稻节间伸长的研究

【摘要】·反义OsPDCDS转基因提高水稻耐盐性环境胁迫是影响植物生长和农作物产量的重要因素之一,而高盐胁迫对农作物来说是其中最重要的非生物胁迫之一。高盐能够对植物造成渗透胁迫和离子胁迫,进而可能会产生氧化胁迫等次级胁迫。植物面对各种环境胁迫,会通过细胞分子响应、生理生化反应等各种机制来适应不良环境。在环境胁迫下,多种胁迫相关基因被激活,并作为应对胁迫诱导损伤的细胞保护物质或是胁迫响应基因表达和信号转导的调节物质发挥作用。细胞程序性死亡(PCD)是植物正常生长和发育过程中常见的现象,除此之外,在藻类和高等植物中,多种生物和非生物胁迫也能诱导PCD,其中就包括高盐胁迫。OsPDCD5是动物PDCD5基因在水稻中的同源基因,它能够被低温和盐胁迫所诱导。我们目前的研究结果发现,组成型表达antisense-OsPDCD5的转基因水稻提高了耐盐性。高盐处理后,用1/2MS培养基进行恢复培养,45-55%的转基因幼苗存活下来并恢复生长,而对照非转基因幼苗生长受到了极大的抑制,最终全部死亡。盐胁迫下,叶绿素荧光变化的测定结果进一步验证了转基因水稻耐盐性的提高。实时定量PCR分析显示,不论是在正常生长条件还是在盐胁迫条件下,转基因水稻中内源OsPDCD5基因的表达都受到了抑制。通过对两个PCD相关基因(OsBI-1和Osl1g0506800)表达模式的分析显示,转基因水稻耐盐性的提高与其PCD信号转导途径受到抑制密切相关。以上结果说明,在高盐胁迫下对照非转基因水稻中PCD被诱导,而转基因水稻的PCD信号转导途径却受到阻碍。实时定量PCR分析还表明,不论是在正常生长条件还是在盐胁迫条件下,转基因水稻中OsPDCD5的互作蛋白OsCIPK23(类钙调磷酸酶B相互作用蛋白激酶23)的表达都受到了抑制,这和OsPDCD5的模式相一致。我们推测OsCIPK23可能在PCD信号转导途径和盐胁迫信号转导途径的交互作用中起重要作用。通过基因芯片分析显示,相比与对照非转基因水稻,转基因水稻中的38个胁迫相关基因受到了显著调控,这些基因表达量的变化使得转基因水稻更适应盐胁迫环境,从而赋予其更高的耐盐性。因此我们得出结论,antisense-OsPDCD5转基因水稻能够通过阻碍PCD信号转导途径和调节某些胁迫相关基因的表达来提高自身的耐盐性。在正常生长条件下,转基因水稻中PCD信号转导途径已经受到了阻碍,且盐胁迫相关的信号通路也已受到了调节；植株受到盐胁迫后,PCD信号通路进一步被抑制,胁迫相关基因的表达受到进一步的调控,从而在转基因水稻中建立起一套对抗胁迫压力的保护机制,并提高了水稻的耐盐性。●LRK1基因影响水稻节间伸长株高是影响农作物产量的重要性状之一。水稻节间具有快速伸长的能力,而这种能力在很大程度上决定了水稻的株高。大量的植物生理学实验研究表明,赤霉素(GA)在植物的节间伸长过程中发挥着重要的作用,同时,一大批编码GA信号转导途径相关或是GA生物合成途径相关的基因已经被发现和证实与水稻节间伸长密切相关。富含亮氨酸重复序列型类受体蛋白激酶(LRR-RLKs)是植物中最大的一类跨膜类受体蛋白激酶家族,在拟南芥中已发现其拥有超过200个家族成员,而在水稻中预测其有300多个家族成员。之前研究已经表明,植物中LRR-RLKs在介导多种细胞生理生化过程(如花粉自交不亲和、分生组织生长、胚胎发育和形态建成等)和调节植物对外界环境信号(如光信号、病原体入侵和激素信号等)响应的过程中发挥十分重要的作用。LRK1作为LRR-RLKs家族中的一员,同时也是已知PSK受体的同源基因。之前的转基因实验表明,LRK1基因能够影响水稻的株高和分枝,从而改变水稻的形态建成和产量。在目前的研究中,我们发现,LRK1转基因水稻表现出植株矮小的性状。转基因株系060615比9311对照要矮5.4%,且转基因植株中每个节间都要更短,特别是第三节间平均要短43.8%。三叶期的9311对照和LRK1转基因幼苗用100μMGA3处理48小时后,节间都快速伸长,LRK1转基因幼苗对GA的敏感性并没有降低。以上结果表明,LRK1转基因能够抑制水稻节间伸长的过程,但其对GA的响应能力却并没有降低。我们通过基因芯片分析比较了六叶期9311对照和LRK1转基因060615幼苗中GA生物合成相关基因的表达模式,结果发现LRK1转基因幼苗中OsKO2基因的表达受到了明显的抑制,而9311对照和LRK1转基因中OsCPS1,OsKS1,OsKAO和GA20ox2基因的表达量却没有发生明显的改变。实时定量PCR分析验证了以上结果。这些发现说明,LRK1转基因水稻可能是因为生物活性GA的缺失导致其GA响应受抑制。我们测定了三叶期9311对照和LRK1转基因060615、060402植株中内源GA的含量,实验结果表明,相比于9311对照,LRK1转基因植株中所有检测的内源GA的含量都明显降低。LRK1转基因植株中随着OsKO2基因表达量的降低,体内GA的含量也相应的降低。因此我们得出结论,LRK1基因通过下调赤霉素生物合成基因ent-KAURENEOXIDASE(OsKO2)来抑制GA的生物合成,从而影响了水稻的节间伸长过程。
【作者】杨梦飞；
【导师】杨金水；
【作者基本信息】复旦大学，遗传学，2012，博士
【关键词】OsPDCD5；细胞程序性死亡(PCD)；反义技术；转基因水稻；盐胁迫；转录组芯片；OsCIPK23；LRK1；节间伸长；OsKO2；赤霉素；株高；植物磺肽素(PSK)；

【参考文献】
[1]蒋四保.中冶长天公司治理及策略研究[D].湖南大学,高级管理人员工商管理（EMBA）,2011,硕士.
[2]王秉昕.社会保障财政支出与居民消费的相关性分析[D].山东大学,财政学,2013,硕士.
[3]王宇峰.小流量涡轮轴发动机动力涡轮导叶弯叶片设计[D].哈尔滨工业大学,动力工程（专业学位）,2013,硕士.
[4]张靖涵.地方政府金融控制研究[D].山东财经大学,金融学,2012,硕士.
[5]高倩.桂西南岩溶地区植物群落结构特征与景观恢复[D].中南林业科技大学,生态学,2013,硕士.
[6]马竹梧,谢运昌,易梧村.西德高炉最新检测技术[J].冶金自动化,1988,04:6-11.
[7]孙中柏.一种16位灰度图像无损压缩和解压缩方法[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[8]刘然.定性空间推理与空间数据挖掘技术[D].重庆大学,计算机应用技术,2003,硕士.
[9]朱振峰,赤诚,赵耀.基于多尺度的增强ViBe背景建模[J].北京交通大学学报,2015,02:1-6.
[10]张双玉.《中性》中的混杂身份和第三空间[D].四川外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[11]陈倩.PLK1抑制剂BI6727增强卵巢癌细胞对Taxol的化疗敏感性[D].华中科技大学,妇产科学,2013,硕士.
[12]吕菲.多形貌ZnO与ZnO/石墨烯纳米材料的制备及光催化性能[D].哈尔滨理工大学,2015.
[13]李建.青岛电厂直流系统可靠性的研究与改进[D].华北电力大学（河北）,电气工程,2004,硕士.
[14]朱威.纳米铝颗粒额外储能的原子模拟研究[D].华中科技大学,材料学,2013,硕士.
[15]薄艳莉.高校科研管理系统的设计与实现[D].燕山大学,计算机技术,2012,硕士.
[16]乌日嘎.浅谈蒙古族“被表述”的文化[D].内蒙古大学,民族学,2014,硕士.
[17]周滔.县级土地利用总体规划数据库建设与应用研究[D].江西财经大学,土地资源管理,2013,硕士.
[18]张策.氟桂利嗪对苯妥英钠耐药癫痫小鼠的逆转作用研究[D].大连医科大学,药理学,2012,硕士.
[19]朱蓓蓓.李唐《清溪渔隐图》研究[D].华东师范大学,美术学,2013,硕士.
[20]罗婷.管理者过度自信、非效率投资和企业价值[D].广东财经大学,会计学,2014,硕士.
[21]李娟.我国地方政府性债务风险评估[D].北京交通大学,2014.
[22]吴伟东,刘德聚,侯寰宇.遗态材料的发展及其应用[J].新材料产业,2015,03:12-15.
[23]刘德华,吴蓉.中美学前教育硕士研究生培养方案比较及启示[J].当代教师教育,2014,03:58-65.
[24]许晓华.道路运输行政管理信息系统[D].天津大学,2005.
[25]钟星.贲门癌多模态MSCT成像与病理比较研究[D].蚌埠医学院,影像医学与核医学（专业学位）,2013,硕士.
[26]唐陇军,程浩忠,孙勇,顾飞飞.电网调度日志信息模型的对象化改造[J].电力系统自动化,2010,17:89-92.
[27]张丽琴,詹麒,朱培民,王家映.地震散射波场的高阶统计分析[J].石油地球物理勘探,2004,01:45-49+126-129.
[28]刘珍珍.脐血内皮祖细胞糖基化修饰及其在缺血性动物模型的应用[D].苏州大学,血液病学,2013,硕士.
[29]汪洋.公司章程文本英译汉策略探析[D].上海外国语大学,翻译,2012,硕士.
[30]范敏,黄席樾,石为人.基于Web挖掘的过程模型及算法[J].计算机应用,2005,03:646-648.
[31]武守鹏.高性能氢化丁腈橡胶复合材料的加工与性能[D].青岛科技大学,2014.
[32]刘明.陆海统筹与中国特色海洋强国之路[D].中共中央党校,国际政治,2014,博士.
[33]周玉菲.蒽醌/石墨烯纳米复合电极的电催化性能及应用研究[D].大连理工大学,2013.
[34]姜媛.时间距离对风险决策的影响机制[D].苏州大学,应用心理学,2013,硕士.
[35]沈建琪.光散射法测粒技术延伸测量下限的研究[D].上海理工大学,1999.
[36]蒋松鹰.嵌入式内核的可测试性设计研究[D].华东师范大学,通信与信息系统,2004,硕士.
[37]陈峰.数据仓库技术综述[J].重庆工学院学报,2002,02:59-63.
[38]陈文平.组织中员工的面子观结构探索及其对建言和沉默行为的影响[D].苏州大学,应用心理学,2013,硕士.
[39]靳鹏超.温通疗法治疗痰湿蕴肺型咳嗽的临床研究[D].甘肃中医学院,针灸推拿学,2014,硕士.
[40]付萌萌.省级网络电视台内容建设策略研究[D].河北大学,新闻与传播,2014,硕士.
[41]赵鑫.创新类券商业务多元化、经营绩效与风险相关性研究[D].安徽大学,金融学,2013,硕士.
[42]叶晓敏.研究型教学在体育教育专业田径术科教学中应用的实验研究[D].沈阳体育学院,体育教育训练学,2014,硕士.
[43]龚双.层合压电结构的瞬态响应和波动特性分析[D].湖南大学,机械设计及理论,2014,博士.
[44]王伟仙,张琳,刘迎新.气相色谱法测定γ-戊内酯的方法学研究[J].浙江化工,2014,01:40-42.
[45]凌宇.一汽解放商用车产品生命周期管理方案研究[D].吉林大学,工商管理,2014,硕士.
[46]余恒,莫钊,夏晓辉.广播覆盖效果远程监测记录系统的研制[J].广播与电视技术.2003(02)
[47]肖军华.提速列车荷载下粉土的力学响应与路基稳定性研究[D].北京交通大学,2008.
[48]张力.配电网理论线损计算分析与研究[D].兰州理工大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[49]尹辉.炼化企业低温热系统与蒸汽系统优化改造分析[D].大连理工大学,动力工程（专业学位）,2013,硕士.
[50]向锋.超薄不锈钢的P-MPAW焊缝成形质量控制和组织细化[D].上海工程技术大学,材料加工工程,2011,硕士.