水稻抗旱相關(guān)蛋白的鑒定及功能研究和抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因水稻新品種培育.pdf

1、干旱是農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸,改良水稻抗旱性,已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題。本研究的目的是通過(guò)本室已有的基因芯片、蛋白質(zhì)組學(xué)以及代謝組學(xué)數(shù)據(jù),挑選出了9個(gè)候選的干旱相關(guān)基因,它們屬于熱激蛋白激酶(Heat shock protein/Hsp)家族。利用水稻CREP基因表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù)庫(kù)(CREP:http://crep.ncpgr.cn),對(duì)該9個(gè)候選基因進(jìn)行全生育期表達(dá)譜分析;此外,進(jìn)一步分析它們?cè)诟珊?、高鹽、高溫、低溫和激素等逆境脅迫的表達(dá)情況。根

2、據(jù)表達(dá)譜結(jié)果,克隆候選抗早基因OsHsp24.15,并構(gòu)建表達(dá)載體,將之轉(zhuǎn)入旱敏感水稻品種.日本晴以及本室育成的節(jié)水抗旱稻品種滬旱3號(hào)中,經(jīng)過(guò)分子鑒定和初步脅迫鑒定,篩選出候選的抗旱性增強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因株系。主要的研究結(jié)果如下:
　　 1.通過(guò)本室已有的基因芯片、蛋白質(zhì)組學(xué)以及代謝組學(xué)數(shù)據(jù),挑選出9個(gè)候選的干旱相關(guān)基因,它們屬于熱激蛋白激酶(Heat shock protein/Hsp)家族。根據(jù)分子量大小,9個(gè)OsHsp蛋白被分為四

3、類且分別被命名為OsHsp18.03,OsHsp24.15,OsHsp71.10,OsHsp71.18,OsHsp72.57,OsHsp72.90,OsHsp85.88,OsHsp93.04和OsHspl08.99。其中OsHsp18.03,OsHsp24.15屬于sHsp家族,OsHsp71.10,OsHsp71.18,OsHsp72.57和OsHsp72.90屬于OsHsp70家族,兩個(gè)基因(OsHsp85.88和OsHsp93.0

4、4)屬于OsHsp90家族,而OsHsp108.99則位于OsHsp100家族。
　　 2.對(duì)9個(gè)OsHsp基因中和高溫、干旱、ABA、光和防衛(wèi)響應(yīng)相關(guān)元件進(jìn)行分析。結(jié)果顯示,每個(gè)OsHsp基因都含有數(shù)量不一的各種肋-迫響應(yīng)元件,說(shuō)明它們可能參與了多種不同的脅迫響應(yīng)調(diào)控。其中脫水響應(yīng)元件ACGTATERD1在9個(gè)OsHsp中出現(xiàn)頻率最高,在OsHsp72.9和OsHsp93.4中分別有10和14個(gè)。
　　 3.利用CRE

5、P數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)9個(gè)OsHsp基因在水稻27個(gè)不同表達(dá)時(shí)期和組織中的表達(dá)譜,所有9個(gè)OsHsp基因都能在芯片上找到對(duì)應(yīng)的探針,它們都在至少一個(gè)檢測(cè)組織中有表達(dá)。
　　 4.5個(gè)基因(OsHsp72.90,OsHsp72.57,OsHsp71.18,OsHsp24.15和OsHsp18.03)在胚乳中的表達(dá)量很高,可能在水稻種子發(fā)育中扮演重要的角色。
　　 5.5個(gè)基因(OsHsp71.10,OsHsp71.18,OsHsp85

6、.88,OsHsp93.0和OsHsp108.99)對(duì)GA3、NAA和KT。都有響應(yīng)。其中3個(gè)基因(OsHsp71.10,OsHsp71.18和OsHsp93.04)受GA3、NAA和KT下調(diào);2個(gè)基因(OsHsp85.85和OsHsp108.99)在GA3、NAA.和KT處理后上升表達(dá)。
　　 6.干旱和高溫處理后,9個(gè)OsHsp基因的表達(dá)均明顯提高,此外,高鹽脅迫導(dǎo)致6個(gè)基因(OsHsp93.04,OsHsp71.10,Os

7、Hsp71.18,OsHsp72.57,OsHsp24.15和OsHsp18.03)的轉(zhuǎn)錄本上調(diào)。然而,低溫脅迫后,2個(gè)基因OsHsp93.04和OsHsp72.57的表達(dá)下降。
　　 7.超表達(dá)OsHsp24.15基因增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因植株對(duì)干旱和鹽脅迫的耐性。蟲(chóng)害是造成水稻減產(chǎn)的主要原因之一。水稻鱗翅目害蟲(chóng)如二化螟、三化螟、稻縱卷葉螟等是我國(guó)水稻生產(chǎn)中的主要害蟲(chóng),危害面積高達(dá)近2億畝。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界每年因蟲(chóng)害造成的經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)近百

8、億美元。
　　 Bt基因是來(lái)自于蘇云金芽胞桿菌的一種殺蟲(chóng)基因,其表達(dá)的蛋白產(chǎn)物可特異性毒殺不同的害蟲(chóng),而且對(duì)人畜和環(huán)境無(wú)害,是目前轉(zhuǎn)基因育種中主要使用的抗蟲(chóng)基因。應(yīng)用轉(zhuǎn)基因培育抗蟲(chóng)水稻是現(xiàn)階段及未來(lái)解決水稻蟲(chóng)害問(wèn)題的主要策略。
　　 本研究的目的是通過(guò)傳統(tǒng)雜交的方法將華中農(nóng)大的三個(gè)Bt明恢63中的Bt基因,轉(zhuǎn)育到水稻品種秀水123、湘晴及本室育成的節(jié)水抗旱稻恢復(fù)系旱恢3號(hào)和保持系滬旱1B中,以獲得新型轉(zhuǎn)Bt基因家系,并篩