【摘要】：水資源短缺是目前制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個主要問題,隨著世界人口不斷的增長、人均水資源短缺、水資源分布不均等問題也愈發(fā)凸顯。在水資源短缺不可逆轉(zhuǎn)的形勢下,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)展中的地位越來越受到重視。水稻是中國最主要的糧食作物之一,全國水稻產(chǎn)量約占糧食作物總產(chǎn)量的40%,稻田面積約占全國糧食作物總面積的28%,水稻也是農(nóng)業(yè)用水的第一大戶。如何提高水稻的水分利用效率,開展水稻節(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,參與了植物生長發(fā)育的多個方面,對植物生長發(fā)育的多個過程如:種子萌發(fā)、胚軸伸長、葉綠素生物合成、避蔭反應、晝夜節(jié)律等都有調(diào)控作用,但關于光敏色素作用因子在干旱中的作用仍待闡明。在本實驗室前期研究中,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的抗旱機理還不太清楚。本研究運用植物生理學、分子生物學、基因表達譜分析等手段,研究PIFs在水稻中的抗旱機理,初步分析ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)錄因子與蒸騰、氣孔、ABA和水稻產(chǎn)量之間的關系。1、通過離體葉片失水率測定、氣孔導度和蒸騰速率測定以及氣孔觀察等實驗,比較ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系與對照在蒸騰方面的差異。實驗結果顯示ZmPIF1和ZmPIF3通過減小氣孔開度、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、通過測定ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系萌發(fā)后對ABA的響應及內(nèi)源ABA含量,進一步分析ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系氣孔開度降低是否與ABA相關。實驗結果顯示ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系對外源ABA超敏感,但轉(zhuǎn)基因株系和對照的內(nèi)源ABA含量卻無顯著性變化,推測ZmPIF1和ZmPIF3可能參與ABA信號通路。3、通過比較ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系和野生型對照的表達譜(DGE,Digital gene expression),發(fā)現(xiàn)干旱脅迫相關基因、氣孔開度相關基因以及ABA信號通路相關基因在ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因株系中均顯著上調(diào)。此外ABA合成、分解代謝相關基因在轉(zhuǎn)基因株系和對照中均未變化,與內(nèi)源ABA含量測定結果相符,進一步表明ZmPIF1和ZmPIF3可能通過參與ABA信號通路調(diào)節(jié)氣孔開閉。4、為進一步研究ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)錄因子在水稻中的節(jié)水抗旱機制,本研究利用水稻酵母雙雜交文庫篩選ZmPIF1和ZmPIF3的互作蛋白,均篩選得到MYB家族轉(zhuǎn)錄因子。MYB轉(zhuǎn)錄因子在植物生長發(fā)育和逆境響應中起著重要的作用,但ZmPIF1和ZmPIF3與這些蛋白具體的互作機制仍需進一步研究。5、2015和2016年對ZmPIF1和ZmPIF3轉(zhuǎn)基因水稻的農(nóng)藝學性狀進行統(tǒng)計,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),進而增加水稻總產(chǎn)量。綜上所述,這些結果表明ZmPIF1和ZmPIF3通過ABA信號通路控制氣孔開閉,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用價值。
【圖文】：

在千旱脅迫條件下，植物合成并積累ＡＢＡ誘導氣孔關閉并減少水分散失。ＡＢＡ通過逡逑復雜的信號機制觸發(fā)陰離子和Ｋ＋通過保衛(wèi)細胞質(zhì)膜離子通道流出保衛(wèi)細胞，減少保衛(wèi)細胞逡逑膨壓、關閉氣孔。如圖１．１所示，在無ＡＢＡ存在時，蛋白a愃崦福玻茫ǎ校校玻茫�，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�，所以需要窐饭仿N匾煨園剩茫幔玻せ睿有灣義弦趵胱油ǖ饋⒂盞計墜乇鍘Ｒ虼耍誓詰姆翹匾煨裕茫幔玻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。辶x顯冢粒攏鏈嬖謔保粒攏潦芴澹校伲遙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俠檔鞍準っ福櫻睿遙耍玻

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