水稻耐高温突变体hst（heat-shock tolerance）的分子生理研究

论文摘要

高温胁迫已经成为作物减产的主要因素之一,选用耐热品种是减轻作物高温胁迫最有效的方法。热胁迫可以引起渗透胁迫和氧化胁迫两种危害。由于气孔可以调节植物水利用率,在非生物胁迫中起着重要作用。本研究从水稻中花11T-DNA插入突变体库T7代中筛选获到一份耐高温突变体hst （heat-shock tolerance）。对培养18天的水稻苗进行高温处理（day/night:42℃/37℃,13h/11h; Rh30%）,突变体hst与野生型中花11相比,突变体hst叶片有极少的萎蔫发生并且高温胁迫后有更高的存活率。研究发现hst突变体气孔密度和气孔导度与野生型水稻相比显著降低,使其在高温胁迫过程中不易失水,叶片相对含水量比野生型中花11高,因此突变体可以抵御高温带来的水分胁迫并且在高温胁迫后能更好的生长。遗传分析表明基因突变由单隐形基因控制。通过T-DNA插入与表型共分离实验得出此突变并不是由于T-DNA插入引起,而是在组织培养过程中无性系变异导致。该hst突变体与Huang等（2009）报道的水稻EMS诱变的dst突变体（ZH11背景）表型极为相似,dst突变体具有较强的耐盐性。根据其报道,我们对hst突变体的DST基因进行测序分析,发现在DST锌指结构区域有四个碱基的插入造成了移码突变。DST功能的缺失导致H202的高积累,使气孔密度降低并且增加了气孔关闭数目,导致水稻高温耐性的提高。另外,我们发现,突变体内由于H202的高积累导致一些OsHsfs表达量的升高特别是OsHsfA4a,水稻中OsHsfA4a很可能是H202的感受器。这项研究对通过基因工程方法提高作物的非生物胁迫抗性有重要作用。

论文目录

• 致谢
• 缩略语表
• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 引言
• 1 高温胁迫对水稻的影响
• 1.1 高温胁迫对植物营养生长的伤害
• 1.2 高温胁迫对植物生殖生长的伤害
• 2 植物耐高温的主要机制
• 2.1 抗氧化剂在高温胁迫中的作用
• 2.2 热激转录因子在高温胁迫中的作用
• 2.3 过氧化氢在热胁迫中的作用
• 2.4 转录因子在热胁迫中的作用
• 2.5 可溶性渗透调节物质在热胁迫中的作用
• 3 水稻高温耐性已报道的基因
• 第二章 突变体的筛选和表型分析
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 突变体筛选
• 1.2.2 水稻生长条件
• 1.2.3 高温处理下野生型与突变体表型差异观察
• 1.2.4 野生型与突变体的农艺性状
• 1.2.5 野生型和突变体失水率检测
• 1.2.6 高温处理下野生型和突变体的相对含水量检测
• 1.2.7 野生型和突变体气孔密度的比较
• 1.2.8 野生型和突变体气孔导度的测定
• 2O₂含量的测定'>1.2.9 野生型和突变体H₂O₂含量的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 突变体的筛选
• 2.2 突变体表型观察及形态学观察
• 2.3 失水率和相对含水量分析
• 2.4 气孔导度和气孔密度的比较
• 2O₂含量的比较'>2.5 叶片内H₂O₂含量的比较
• 3 小结与讨论
• 第三章 hst突变体的分子生物学研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 T-DNA插入与表型共分离分析
• 2群体的创建'>1.2.2 F₂群体的创建
• 1.2.3 基因测序分析
• 1.2.4 野生型和突变体RNA的提取
• 1.2.5 逆转录
• 1.2.6 半定量RT-PCR分析DST基因在不同组织中的表达情况
• 1.2.7 半定量RT-PCR分析DST靶基因的表达
• 1.2.8 半定量RT-PCR分析OsHsfs的表达量
• 1.2.9 hst突变体其他非生物胁迫耐性研究
• 1.2.10 野生型ZH 11和突变体hst农艺性状的比较
• 2 结果与分析
• 2.1 T-DNA插入与表型共分离分析
• 2.2 突变基因的遗传分析
• 2.3 突变基因的确定
• 2.4 DST基因的组织表达模式
• 2.5 DST转录因子的调控基因表达分析
• 2.6 野生型ZH 11和突变体hst中OsHsfs表达量
• 2.7 野生型ZH 11和突变体hst其他非生物胁迫耐性
• 2.8 野生型ZH 11和突变体hst农艺性状的比较
• 3 小结与讨论
• 第四章 全文结论与展望
• 1 全文结论
• 2 展望
• 参考文献