水稻（Oryza sativa L.）是重要的糧食作物之一,同時(shí)也是功能基因研究的模式植物。但是水稻對(duì)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(nóng)作物,其用水量約占我國(guó)農(nóng)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(duì)水稻的生產(chǎn)造成了極大影響。因此,尋找水稻抗旱基因,增強(qiáng)水稻對(duì)逆境脅迫的適應(yīng)性,培育節(jié)水抗旱稻（WDR）,從而增加水稻產(chǎn)量顯得尤為重要。本研究通過(guò)對(duì)水稻耐旱性轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析,篩選獲得了一批耐旱性候選基因,對(duì)這些基因在水稻中分別進(jìn)行了超量表達(dá)和基因敲除,然后對(duì)這些轉(zhuǎn)基因水稻在PEG6000模擬干旱脅迫條件下進(jìn)行表型篩選,從中得到了一個(gè)對(duì)水稻耐旱性有明顯功能的基因OsbZIP62,并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的功能解析。主要結(jié)果如下:1. 通過(guò)對(duì)不同抗旱類型的典型水稻材料的葉片轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行生物信息學(xué)分析,我們得到了10個(gè)位于耐旱基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的候選基因,并對(duì)這些基因進(jìn)行了克隆、超量表達(dá)載體和CRISPR/Cas9基因敲除載體的構(gòu)建,通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法對(duì)粳稻品種日本晴進(jìn)行了遺傳轉(zhuǎn)化。用PEG6000溶液對(duì)這些轉(zhuǎn)基因水稻進(jìn)行了苗期的模擬干旱脅迫篩選,獲得了1個(gè)... 

【文章來(lái)源】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：138 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

植物體內(nèi)非生物逆境脅迫信號(hào)傳遞一般途徑

水稻耐旱相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因的分離和OsbZIP62的功能鑒定9圖2.植物逆境應(yīng)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(shí)發(fā)揮作用，而ABA非依賴型則主要在植物面臨冷脅迫時(shí)發(fā)揮作用。在ABA依賴型的逆境脅迫響應(yīng)過(guò)程中，植物通過(guò)激活A(yù)BA合成途徑提高ABA的含量，再通過(guò)ABA信號(hào)傳遞激活相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子、提高轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與下游抗逆基因的啟動(dòng)子結(jié)合從而激活或抑制脅迫相關(guān)基因表達(dá)，提高植物對(duì)逆境脅迫的適應(yīng)性。依賴于ABA脅迫應(yīng)答的基因啟動(dòng)子區(qū)域一般含有ABRE（ABAresponsiveelement）、CE（couplingelement）等順式元件，轉(zhuǎn)錄因子bZIP、WRKY、MYB和AP2/EREBP等通過(guò)與其結(jié)合來(lái)調(diào)控脅迫相關(guān)基因的表達(dá)。Guiltinan等人最早從小麥Em和水稻RAB基因的啟動(dòng)子研究開(kāi)始，發(fā)現(xiàn)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(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因的分離和OsbZIP62的功能鑒定11實(shí)了RCAR1與ABA的結(jié)合活性，發(fā)現(xiàn)RCAR1是ABA的潛在受體（Maetal.,2009）。同年P(guān)ark等人運(yùn)用化學(xué)遺傳學(xué)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(gè)蛋白PYL1，并且證實(shí)PYL1也能與ABA結(jié)合。RCAR1和PYL1都是包含有START結(jié)構(gòu)域的蛋白，它們可以與PP2C（Proteinphosphatase2C）結(jié)合，并抑制其磷酸化活性（Maetal.,2009;Parketal.,2009）。隨后包括中國(guó)、美國(guó)、日本、法國(guó)等國(guó)的科研人員在Science和Nature及其子期刊上相繼報(bào)道了有關(guān)PYL蛋白就是ABA真正受體的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究成果，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較和分析，解析了ABA是如何介導(dǎo)PYL蛋白與PP2C結(jié)合并抑制PP2C活性的分子機(jī)制（Yinetal.,2009）。朱健康研究團(tuán)隊(duì)用脅迫響應(yīng)啟動(dòng)子pRD29A將產(chǎn)生ABA的PYL受體蛋白PYL9在擬南芥和水稻中進(jìn)行轉(zhuǎn)化，發(fā)現(xiàn)該蛋白的過(guò)量生產(chǎn)可提高植物的抗旱性（Zhaoetal.,2016;Wangetal.,2017）。最近，研究人員通過(guò)系統(tǒng)的生化分析，發(fā)現(xiàn)了ABA信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中一個(gè)新的負(fù)調(diào)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(jìn)而抑制ABA的信號(hào)傳遞（圖3），這進(jìn)一步增加了人們對(duì)ABA信號(hào)通路的認(rèn)識(shí)，也為了解ABA的抗旱機(jī)理提供了新的參考（Chenetal.,2018）。圖3.ABA信號(hào)傳導(dǎo)核心通路。Figure3.ABAcoresignalinginArabidopsis(Chenetal.,2018).

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]節(jié)水抗旱稻的培育與應(yīng)用[J]. 羅利軍.  生命科學(xué). 2018(10)
[2]全球變暖背景下中國(guó)東部氣候變遷及其對(duì)物候的影響[J]. 蔡榕碩,付迪.  大氣科學(xué). 2018(04)
[3]探究我國(guó)耕地土壤重金屬污染現(xiàn)狀與防治對(duì)策[J]. 楊壽南.  環(huán)境與發(fā)展. 2018(06)
[4]節(jié)水抗旱稻的種植技術(shù)及問(wèn)題分析[J]. 陳志紅.  湖北植保. 2018(03)
[5]節(jié)水抗旱稻新組合“旱優(yōu)73”高產(chǎn)制種技術(shù)[J]. 蘭有明.  福建農(nóng)業(yè)科技. 2015(04)
[6]氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與糧食安全影響的新認(rèn)知[J]. 謝立勇,李悅,徐玉秀,趙迅,宋艷玲,姜彤,林而達(dá).  氣候變化研究進(jìn)展. 2014(04)
[7]玉米A亞族bZIP轉(zhuǎn)錄因子基因ZmbZIP81的克隆、表達(dá)與功能分析[J]. 王策,楊艷歌,呂維濤,周春菊,孫冬梅,鄧馨.  作物學(xué)報(bào). 2014(09)
[8]雜交節(jié)水抗旱稻新組合旱優(yōu)113號(hào)的選育與應(yīng)用[J]. 劉國(guó)蘭,李明壽,郭嗣斌,高國(guó)慶,羅利軍,余新橋.  南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào). 2013(11)
[9]植物bZIP轉(zhuǎn)錄因子的生物學(xué)功能[J]. 張計(jì)育,渠慎春,郭忠仁,杜小麗,都貝貝,章鎮(zhèn).  西北植物學(xué)報(bào). 2011(05)
[10]Genome-wide Expansion and Expression Divergence of the Basic Leucine Zipper Transcription Factors in Higher Plants with an Emphasis on Sorghum[J]. Jeevanandam Vanitha,Srinivasan Ramachandran.  Journal of Integrative Plant Biology. 2011(03)

博士論文
[1]擬南芥轉(zhuǎn)錄因子TGA7參與植物響應(yīng)干旱脅迫的機(jī)制研究[D]. 吳娟娟.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 2014

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



本文編號(hào)：3121072