全基因組表達分析不同耐旱性水稻根系對不同強度干旱脅迫反應研究.pdf

1、全世界每年因干旱而造成糧食生產損失巨大，但人們過多關注植物地上部對干旱的生理應答，對地下部根系了解相對較少。且植物根系是植物地上部分賴以生存的基礎，因此對植物根系的研究有重要的意義。目前水稻抗旱性引起科學家的廣泛關注，但有關根系分子水平研究剛剛起步，根系相關基因的定位、克隆非常少，而且根系形態(tài)生理特性研究報道很少，因此，加強抗旱水稻的根系形態(tài)生理特性研究及其對干旱響應的分子水平研究，將具有重要的基礎和應用價值。
　　 使用水稻6

2、0K．基因芯片和實時PCR等高通量技術研究了2個生育期相近的秈稻品種在不同干旱脅迫強度時的全基因組差異，以期了解不同抗旱性水稻對同一種干旱脅迫和同一品種在不同干旱脅迫強度時的分子差異，實驗主要結論如下：
　　 1．通過根體積、根粗、最長根長、側根長、根總長度，根系數(shù)量的多重比較和XX/XA（XX/XA，％，湘豐早119形態(tài)指標的平均數(shù)/愛華5號形態(tài)指標的平均數(shù)，％）值分析可知，湘豐早119的根系比愛華5號更長，更壯，根系更強健，

3、因此湘豐早119與愛華5號在幼苗時期耐旱性存在差異，湘豐早119為耐旱品種，愛華5號相對湘豐早119而言為敏感品種。這種耐旱性的差異為下一步分子水平研究2個品種在不同干旱脅迫下的差異提供了基礎。
　　 2．PEG-6000（聚乙二醇-6000）模擬干旱的情況下，根系形態(tài)指標都呈現(xiàn)嚴重干旱（T3處理）抑制生長的趨勢，且敏感品種這種趨勢更為明顯。而輕度干旱（T1）對耐旱品種根系發(fā)育有促進作用，對敏感品種或有促進作用，或沒有大的影響，

4、中度干旱（T2）有類似的趨勢。
　　 3．篩選水稻品種耐旱性差異時，根體積、根粗、最長根長、根總長度、側根長是可以作為抗旱指標。根系數(shù)量不適合作為抗/耐旱指標，作為干旱脅迫響應的敏感性指標或許更合適。
　　 4．不同耐旱性品種幼苗根系各個生理指標之間差異顯著，耐旱品種（湘豐早119）和敏感品種（愛華5號）的SOD（超氧物歧化酶）活性、POD（過氧化物酶）、根系活力受PEG濃度變化影響較大，耐旱品種與敏感品種差異顯著，耐旱

5、品種的增加幅度遠大于敏感品種。耐旱品種和敏感品種的Pro（脯氨酸）含量和MDA（丙二醛）含量的變化趨勢也是隨著PEG濃度增大而增大，耐旱品種與敏感品種差異顯著，但是敏感品種的增加幅度遠大于耐旱品種。因此MDA含量和Pro含量變化應該作為反映逆境脅迫下植物受害程度的一種指標，作為抗旱選擇指標并不合適，作為脅迫敏感指標應該更合適。
　　 5．不同干旱處理時湘豐早中至少有一個差異的差異基因為1706個，愛華5號有2082個，全部至少有

6、一個差異的基因個數(shù)為3953個，其中2個品種所有干旱處理的重疊基因115個，數(shù)量眾多的基因在干旱脅迫下響應表明植物對干旱逆境響應非常復雜。
　　 6．愛華5號T1干旱處理下轉錄水平表達下調的基因主要是轉運相關的基因、轉錄調節(jié)相關基因、碳水化合物代謝相關基因、細胞壁幾丁質代謝相關基因和蛋白質磷酸化相關基因。表達上調的轉錄本主要是細胞壁組織和生物合成相關基因、代謝相關基因、蛋白質折疊和磷酸化相關基因、水分響應相關基因、轉運相關基因、

7、調節(jié)轉錄相關基因等。T3干旱處理下轉錄水平表達下調的轉錄本主要是細胞凋亡相關基因、碳水化合物代謝相關基因、細胞壁代謝相關基因、轉運相關基因、調節(jié)轉錄相關基因等。表達上調的轉錄本主要是代謝相關基因、細胞壁組織和生物合成相關基因、光合作用調節(jié)相關基因、蛋白質折疊和磷酸化相關基因、水分響應和氧化應激相關基因、轉運相關基因、調節(jié)轉錄相關基因等。
　　 7．湘豐早119在T1處理時轉錄水平下調的基因主要是生物合成相關的基因、蛋白質代謝和碳

8、水化合物代謝相關的基因、細胞壁代謝相關的基因、DNA修復相關基因、轉運相關基因、節(jié)瘤相關基因、蛋白質折疊、轉運和磷酸化相關基因、轉錄調節(jié)相關基因、水分響應相關基因。上調的基因主要是碳水化合物代謝相關基因、細胞內代謝相關基因、鋅離子、鈉離子和脂類、蔗糖轉運相關基因、依據(jù)DNA的轉錄調節(jié)相關基因。T3干旱處理下轉錄水平下調的基因主要是碳水化合物代謝相關的基因、細胞壁代謝相關基因、DNA損傷修復、脂肪酸、氧化脂類物的生物合成相關基因、蛋白質水

9、解和酶活負調節(jié)相關基因、氮素利用調節(jié)相關基因、鉀離子轉運相關基因。上調的基因主要是細胞壁組織和生物合成相關基因、DNA損傷修復相關基因、多糖、蘋果酸等碳水化合物代謝相關基因、蛋白質折疊和修飾相關基因、依賴DNA的轉錄調節(jié)和生長素調節(jié)信號途徑相關的基因、水分響應相關基因、脂類轉運相關基因、雙組分信號轉導系統(tǒng)相關基因。
　　 8．湘豐早119與愛華5號在T1處理時的響應途徑差異主要表現(xiàn)為湘豐早119在氧、電子轉運、木聚糖、蘋果酸和幾

10、丁質代謝、蛋白質折疊、抗生素生物合成和依賴DNA的轉錄調節(jié)等方面的相關基因轉錄水平表達活性顯著的低于愛華五號，響應內源刺激和淀粉代謝的相關基因表達顯著的高與愛華5號。湘豐早119與愛華5號在T2處理時的響應途徑的差異與湘豐早119與愛華5號在T1處理時的響應途徑的差異類似，不同的地方主要表現(xiàn)為在T2處理時湘豐早119的組蛋白脫乙?；赶嚓P基因、精氨酸代謝和多胺的生物合成相關基因表達顯著下降，而茉莉酸生物合成相關基因和ABA生物合成相關基