水稻OsAPX2抗壞血酸過氧化物酶基因功能及抗逆性分析.pdf

1、水稻是世界上重要的糧食作物,也是禾谷類作物研究的模式植物。在我國,水稻的播種面積占全國播種面積的30％左右,產(chǎn)量約占我國糧食總產(chǎn)的50％,在可耕地面積不斷減少,人口數(shù)量不斷增加的條件下,水稻產(chǎn)量是影響我國糧食安全的重要因素之一。但在雜交水稻育種以及超高產(chǎn)育種等目標(biāo)實施后,水稻產(chǎn)量一直處于一個瓶頸發(fā)展階段。病蟲害,惡劣的自然環(huán)境等因素也影響水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。因此,如何保證高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種在不同的自然環(huán)境條件下(如干旱、低溫以及鹽堿等環(huán)境脅迫)穩(wěn)

2、產(chǎn)就是目前育種家和生物學(xué)家研究的重要課題之一。
　　 本課題組在水稻(O.Sativa.L.spp.japonica,var nippobare)T-DNA插入突變庫中篩選獲得了一個抗壞血酸過氧化物酶基因(ascorbate peroxidase,APX2)受到破壞的突變體?？箟难徇^氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)是H2O2的清除劑,過氧化氫(H2O2)是一種活性氧,能通過Haber-Weiss反應(yīng)

3、生成高度活潑的羥基自由基(-OH),從而導(dǎo)致細(xì)胞損傷,所以必須得到有效地清除。我們在前期研究功能互補的基礎(chǔ)上對OsAPX2功能進(jìn)行了詳細(xì)的研究,得到了如下的研究結(jié)果:
　　 1、osapx2突變體表型分析及H2O2含量測定
　　 通過測定及研究分析發(fā)現(xiàn),osapx2突變體株高為63cm,只有野生型株高的1／2；葉片出現(xiàn)擬病斑,葉夾角偏大(野生型葉夾角大約5°,然而突變體的葉夾角能達(dá)到58°),并且H2O2含量升高,最高能

4、比野生型含量增大一倍。由此可以推測H2O2含量的升高可能是由于OsAPX2基因受到破壞的結(jié)果,而高含量的H2O2對水稻正常的生長發(fā)育是不利的,所以產(chǎn)生了osapx2的這種突變表型。
　　 2、OsAPX2過量表達(dá)植株的獲得,鑒定及其表達(dá)分析
　　 我們將OsAPX2 CDS置于35S啟動子的下游構(gòu)建成過量表達(dá)載體,通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將其導(dǎo)入到日本晴(野生型)誘導(dǎo)的愈傷組織中經(jīng)過篩選分化及生根后得到大量轉(zhuǎn)基因植株。經(jīng)PCR鑒

5、定得到60％以上的陽性轉(zhuǎn)基因水稻株系。陽性轉(zhuǎn)基因植株OsAPX2的表達(dá)分析表明,大部分轉(zhuǎn)基因植株的OsAPX2 mRNA水平得到了不同程度的提高。OsAPX2過量表達(dá)植株在大田中的農(nóng)藝性狀與野生型無異。
　　 3、OsAPX2過量表達(dá)植株能抵抗多種環(huán)境脅迫
　　 對OsAPX2過量表達(dá)植株分別進(jìn)行了干旱、鹽、低溫以及高溫處理(以野生型和osapx2突變體作為對照),結(jié)果表明,OsAPX2過量表達(dá)植株脅迫條件下體內(nèi)的H2O

6、2及丙二醛(MDA)含量上升不明顯。雖然過量表達(dá)植株的脯氨酸含量比在正常生長條件下的過表達(dá)植株增加多達(dá)10倍的量,但與野生型增加的30倍相比還是比較低。同時,對野生型和過量表達(dá)植株農(nóng)藝性狀分析表明,脅迫條件下(干旱、鹽、低溫以及高溫)對野生型的結(jié)實率影響較大(分別為15％、21％、25％和16％),雖然OsAPX2過量表達(dá)植株的結(jié)實率也下降(分別為46％、59％、35％和45％),但與野生型相比,至少也能保證一半的產(chǎn)量；其他農(nóng)藝性狀兩者