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1、水稻OsRAA1(ROOT ARCHITECTURE ASSOCIATED1)定位于水稻1號(hào)染色體上,是小G蛋白家族中的一員,所編碼的蛋白大小為12 kD,與來(lái)自擬南芥的AtFPF1有58%的同源性。OsRAA1主要在細(xì)胞分裂旺盛的部位表達(dá),如根的分生區(qū)和伸長(zhǎng)區(qū)、幼小的側(cè)根和側(cè)根原基等。
根系在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中扮演著吸收水分和養(yǎng)料、轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)養(yǎng)料的重要作用。水稻冠根(不定根)的長(zhǎng)度及側(cè)根的數(shù)量、長(zhǎng)度、粗細(xì)等與根系的功能密切
2、相關(guān)。水稻根系的生長(zhǎng)發(fā)育涉及多個(gè)信號(hào)傳遞途徑的參與。因此,研究水稻根系特異性表達(dá)基因的功能對(duì)于豐富水稻根系發(fā)育的分子機(jī)理具有重要理論意義,在實(shí)踐上將為水稻乃至其它禾本科作物的根系改良提供依據(jù)。
本研究首先通過(guò)反向遺傳法研究了OsRAA1在水稻根系發(fā)育中的生物學(xué)功能;然后通過(guò)轉(zhuǎn)錄組分析及酵母雙雜交等技術(shù),從生長(zhǎng)素(IAA)及活性氧(ROS)信號(hào)途徑進(jìn)一步探索了其可能作用的分子機(jī)理;最后探討了OsRAA1在抗逆境方面的應(yīng)用價(jià)值。主
3、要研究結(jié)果如下:
①OsRAA1轉(zhuǎn)基因植株的表型分析表明,與野生型相比,OsRAA1超表達(dá)和RNAi干擾轉(zhuǎn)基因植株的主根伸長(zhǎng)均被抑制,且根呈卷曲螺旋狀;超表達(dá)植株的不定根數(shù)量、側(cè)根密度增加;而RNAi干擾植株的不定根長(zhǎng)度、數(shù)量和側(cè)根密度均受到了抑制。該研究結(jié)果表明OsRAA1在水稻根系發(fā)育中起重要作用。
②在揚(yáng)花期,野生型水稻的花藥飽滿且呈嫩黃色;而轉(zhuǎn)基因植株,尤其是RNAi干擾植株,花藥發(fā)育畸形呈白色萎縮狀;野生型
4、水稻的花粉粒發(fā)育飽滿,而轉(zhuǎn)基因植株花粉粒發(fā)育異常。該研究結(jié)果表明OsRAA1影響著水稻花粉粒的活性。
?、坜D(zhuǎn)基因植株的RNA-seq分析表明,OsRAA1表達(dá)水平的改變導(dǎo)致生長(zhǎng)素信號(hào)路徑相關(guān)基因以及ROS相關(guān)基因表達(dá)水平的改變。該研究結(jié)果為深入研究OsRAA1參與水稻根系發(fā)育的分子機(jī)制奠定基礎(chǔ)。
?、苌L(zhǎng)素可以誘導(dǎo)OsRAA1的轉(zhuǎn)錄表達(dá),NPA處理后,野生型主根和不定根的伸長(zhǎng)受到抑制,而過(guò)表達(dá)和RANi干擾植株的主根和不
5、定根長(zhǎng)度均有所增長(zhǎng)。而NAA處理后,野生型和轉(zhuǎn)基因植株的主根、不定根和側(cè)根密度的生長(zhǎng)都被嚴(yán)重抑制。生長(zhǎng)素信號(hào)路徑相關(guān)基因的qPCR分析結(jié)果進(jìn)一步表明OsRAA1在水稻中參與了生長(zhǎng)素介導(dǎo)的根系形態(tài)建成。
?、軵EG,甘露醇及氯化鈉處理后,野生型和轉(zhuǎn)基因植株根系的差異性減小,根部活性氧的含量測(cè)定結(jié)果表明,非生物脅迫處理之后,野生型和轉(zhuǎn)基因植株的ROS的含量均比未處理時(shí)高,且無(wú)論是在正常生長(zhǎng)或脅迫處理?xiàng)l件下,轉(zhuǎn)基因植株根部的ROS含量
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