水稻RACK1基因（OsRACK1）在干旱胁迫响应中的功能研究

论文摘要

干旱是影响植物生长发育的重要逆境因子,造成农作物减产,并使生态环境日益恶化。因此,探讨植物的抗旱机理已经成为现代植物学和农学研究工作中急需解决的关键问题之一。已有研究表明,拟南芥中rack1突变体具有很强的耐旱性。通过序列比对,在水稻基因组中找到2个与编码拟南芥RACK1高度同源的基因,本研究通过构建RACK1基因过量表达和反义抑制表达的转基因水稻,研究了水稻RACK1基因在干旱胁迫中的作用。取得的主要研究结果是:1、将带有目的基因的过表达和反义表达载体通过冻融法转入农杆菌,再根据农杆菌介导的遗传转化法将目的基因转入水稻愈伤中,通过潮霉素筛选得到抗性愈伤组织,经分化再生获得了T0代转基因植株。将得到的转基因植株进行鉴定,先通过GUS染色进行初步的检测,然后对阳性植株进行基因组DNA的PCR法进行鉴定,再通过Southern blot对目的基因及目的基因的拷贝数进行检测,最后通过RQ-PCR对目的基因的表达量进行鉴定,获得了RACK1基因过量表达和反义抑制表达的转基因水稻和T1代种子。2、对得到的T1代种子进行种子萌发试验,并检测种子在萌发过程中可溶性糖、可溶性蛋白和内源ABA的含量。结果表明,过表达种子萌发比对照种子快,而对照种子萌发快于反义种子萌发;过表达萌发种子可溶性糖的含量也较高,而可溶性蛋白含量和ABA含量低。3、对T1代幼苗在5%和10%PEG6000模拟干旱情况下进行相关生理分析结果表明,过表达植株叶的相对含水量、叶绿素含量、脯氨酸含量、抗氧化酶的活性和ABA含量均低于对照,后者又低于反义表达植株,而MDA含量和电导率则相反。4、Real time PCR分析结果表明,干旱处理和ABA处理下不同基因型见DREB1表达无显著差异,但反义表达水稻的P5CS的表达显著高于非转基因水稻,后者又显著高于RACK1过表达水稻。根据以上结果并结合前人的研究,认为RACK1在水稻中的作用与在拟南芥中相似,均在植物干旱胁迫下起作用,RACK1表达受抑制的水稻植株较野生型更加耐旱,表明RACK1蛋白对水稻的耐旱性具有负调控作用,这种调控作用与ABA和脯氨酸合成有密切关系。有关RACK1蛋白在调节植物对干旱胁迫响应的机理还有待进一步研究。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 符号说明
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 植物耐/抗干旱生理与分子机理
• 1.2.1 干旱胁迫对植物生长的影响
• 1.2.2 植物抗/耐干旱的生理机理研究进展
• 1.2.2.1 渗透调节
• 1.2.2.2 气孔调节
• 1.2.2.3 激素调节
• 1.2.2.4 抗氧化防御系统
• 1.2.3 植物抗旱的分子生物学机制
• 1.2.3.1 水分胁迫信号的感知与识别
• 1.2.3.2 干旱胁迫下胞间信使的产生及运输
• 1.2.3.3 干旱信号的胞内转导
• 1.2.3.4 干旱胁迫诱导基因的表达及其调控
• 1.3 RACK1 蛋白与植物干旱胁迫信号的转导
• 1.3.1 RACK1 蛋白
• 1.3.2 RACK1 与其他蛋白质相互作用的可能机制
• 1.3.3 植物中的RACK1 蛋白
• 1.4 本试验研究的目的及意义
• 第2章 水稻RACK1 过表达和抑制表达的转基因水稻的获得
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 植物材料
• 2.2.2 菌种、构建好的表达载体
• 2.2.3 引物的设计
• 2.2.4 农杆菌介导的水稻OsRACK1表达载体的转化
• 2.2.5 OsRACK1 过表达和反义转基因水稻的检测
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 过表达、反义表达载体质粒的PCR鉴定
• 2.3.2 含有过表达和反义重组载体的农杆菌鉴定
• 2.3.3 农杆菌介导的遗传转化及RACK1过表达和反义表达植株再生
• 2.3.4 转基因水稻的检测
• 2.4 讨论
• 第3章 干旱胁迫对转基因水稻种子萌发的影响
• 3.1 前言
• 3.2 材料与试剂
• 3.3 测定项目及方法
• 3.3.1 培养皿发芽试验
• 3.3.2 生长指标测定
• 3.3.3 可溶性糖含量的测定
• 3.3.4 可溶性蛋白含量的测定
• 3.3.5 ABA 含量的测定
• 3.4 数据处理
• 3.5 结果与分析
• 3.5.1 干旱胁迫对水稻种子发芽率的影响
• 3.5.2 干旱胁迫对水稻种子生长指标的影响
• 3.5.3 干旱胁迫下水稻种子中可溶性糖和可溶性蛋白含量
• 3.5.4 干旱胁迫下各基因型水稻萌发种子中 ABA 含量变化
• 3.6 讨论
• 第4章 水稻 RACK1 基因在水稻幼苗生长中对干旱胁迫响应的作用
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 化学试剂
• 4.2.3 测定项目及方法
• 4.3 数据处理
• 4.4 结果与分析
• 4.4.1 T1 代转基因水稻幼苗的 GUS 检测结果
• 4.4.2 10%PEG6000 模拟干旱处理对转基因水稻幼苗生长的影响
• 4.4.3 PEG6000 模拟干旱处理对转基因水稻幼苗光合作用的影响
• 4.4.4 PEG6000 模拟干旱处理对转基因水稻幼苗相对含水量的影响
• 4.4.5 PEG6000模拟干旱处理对转基因水稻幼苗叶绿素含量的影响
• 4.4.6 PEG6000 模拟干旱处理对转基因水稻幼苗脯氨酸含量的影响
• 4.4.7 PEG6000 模拟干旱处理对转基因水稻幼苗质膜过氧化物 MDA 含 量的影响
• 4.4.8 PEG6000模拟干旱处理对转基因水稻幼苗相对电导率的影响
• 4.4.9 PEG6000模拟干旱处理对转基因水稻幼苗抗氧化防护系统的影响
• 4.4.10 PEG6000模拟干旱处理对转基因水稻幼苗ABA含量的影响
• 4.4.11 ABA和干旱处理对OsRACK1和相关基因表达的影响
• 4.5 讨论
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢