基本信息
- 項目名稱：
- 硅及其吸收基因調節(jié)水稻耐UV-B輻射的機制研究
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本研究以UV-B耐性水稻Lemont和UV-B敏感水稻Dular為材料，研究硅與水稻耐UV-B輻射的關系。分別抑制、增強Lemont水稻的硅吸收基因（lsi1）、增強Dular水稻的lsi1基因，用抑制消減雜交(SSH)分析UV-B輻射下不同轉基因水稻的差異表達基因。初步揭示lsi1基因調節(jié)水稻耐UV-B輻射的分子作用網(wǎng)絡。結果表明調節(jié)水稻硅營養(yǎng)及l(fā)si1基因表達能改變水稻耐UV-B輻射的能力。
- 詳細介紹：
- 硅能提高植物對生物和非生物脅迫的抗性，水稻是吸收硅較多的作物之一。本研究以UV-B耐性水稻Lemont和UV-B敏感水稻Dular為材料，研究硅與水稻耐UV-B輻射的關系。結果發(fā)現(xiàn)，自然光照條件下，缺硅培養(yǎng)的Lemont和 Dular水稻葉片的苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia lyase, PAL)和光裂解酶(Photolyase, PL)基因的表達以及總酚、類黃酮的含量都分別低于加硅的培養(yǎng)條件；UV-B輻射后，上述指標在不同硅處理的兩水稻中都增加和增強，但缺硅培養(yǎng)的水稻仍顯著低于加硅培養(yǎng)的水稻，說明硅營養(yǎng)能夠調節(jié)水稻耐UV-B輻射的能力。分析上述兩種水稻的硅吸收能力及l(fā)si1基因的表達，結果發(fā)現(xiàn)Lemont的硅吸收能力及l(fā)si1基因的表達均強于Dular。因此，進一步分別抑制、增強Lemont水稻的lsi1 基因，以及增強Dular水稻的lsi1基因，采用加硅培養(yǎng)的方式對轉基因水稻的上述指標進行研究，結果也發(fā)現(xiàn)，抑制水稻lsi1基因表達，其葉片PAL、PL基因表達也下調，總酚、類黃酮含量降低，此結果與缺硅培養(yǎng)下的野生型植株相似；增強表達lsi1基因則結果相反。UV-B輻射后，上述指標也增強和增加，但在相同的水稻品種中仍表現(xiàn)為lsi1被抑制的植株最低，lsi1增強的植株最高。在此基礎上，運用抑制消減雜交(SSH)技術分別分析UV-B輻射下不同轉基因水稻較各自野生型植株的差異表達基因，結果顯示，UV-B輻射下，lsi1 RNAi轉基因水稻中的逆境響應、系統(tǒng)解毒、光合作用、次生代謝、細胞生長、分子修復、信號轉導等相關基因較相同處理條件下的野生型植株均下調表達，而這些基因在lsi1過量表達的轉基因水稻中的表達都高于野生型植株，從而初步揭示了lsi1基因調節(jié)水稻抗UV-B輻射的分子作用網(wǎng)絡。上述結果表明通過調節(jié)水稻硅營養(yǎng)及其lsi1基因表達能夠改變水稻耐UV-B輻射的能力。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 因氟氯烴等排放物破壞臭氧層所導致的UV-B輻射增強嚴重影響水稻等農作物的生長發(fā)育。本研究從分子生理角度出發(fā)，研究硅營養(yǎng)及其吸收基因對水稻耐UV-B的調節(jié)機制，為運用分子育種技術提高水稻耐UV-B能力提供依據(jù)。
科學性、先進性及獨特之處
- 本研究采用正、反向遺傳學相結合的研究方法，利用RNAi、Overexpression及SSH技術深入揭示硅營養(yǎng)與水稻耐UV-B的關系；研究材料為同一水稻品系，避免了不同水稻品系之間因遺傳多樣性導致的差異，研究結果能夠更加明確地闡析目的基因的功能，并獲得具有栽培價值的水稻材料。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 本研究從營養(yǎng)分子生理角度，揭示硅營養(yǎng)及其吸收基因調節(jié)水稻耐UV-B輻射的有效性，能夠為農業(yè)生產過程中采用栽培調控提高水稻耐UV-B輻射，以及耐UV-B輻射水稻的分子育種提供理論依據(jù)。
學術論文摘要
- 硅能提高植物對脅迫的抗性，水稻是吸收硅較多的作物，其以根系Low silicon rice gene1(Lsi1)編碼的類NOD26通道蛋白為轉運載體來吸收硅。本研究以UV-B耐性水稻Lemont和UV-B敏感水稻Dular為材料，研究硅與水稻耐UV-B輻射的關系。結果發(fā)現(xiàn)硅營養(yǎng)及其吸收基因能夠調節(jié)水稻耐UV-B輻射能力。分析上述兩種水稻的硅吸收能力及l(fā)si1基因的表達，結果發(fā)現(xiàn)Lemont的硅吸收能力及l(fā)si1基因表達均強于Dular。因此，分別抑制、增強Lemont水稻的lsi1 基因，增強Dular水稻的lsi1基因，同時運用抑制消減雜交(SSH)技術分析UV-B輻射下不同轉基因水稻較各自野生型植株的差異表達基因。結果顯示，UV-B輻射下，lsi1 RNAi轉基因水稻中的逆境響應、系統(tǒng)解毒、光合作用、次生代謝、細胞生長、分子修復、信號轉導等相關基因較野生型植株均下調表達，而這些基因在lsi1過量表達的轉基因水稻中的表達都高于野生型植株，初步揭示了lsi1基因調節(jié)水稻抗UV-B輻射的分子作用網(wǎng)絡。上述結果表明通過調節(jié)水稻硅營養(yǎng)及其lsi1基因表達能夠改變水稻耐UV-B輻射的能力。
獲獎情況
- 1 Fang CX(指導老師)，Wang QS（王清水，共同第一作者），YuY, ...Lin WX(指導老師，通訊作者）Suppression and overexpression of Lsi1 induce differential gene expression in rice under ultraviolet radiation.Plant Growth Regulation，2011，DOI:10.1007/s10725-011-9569-y
鑒定結果
- 情況屬實
參考文獻
- [1]Ma J F. Role of silicon in enhancing the resistance of plants to biotic and abiotic stresses. Soil Sci Plant Nutr, 2004, 50: 11–18 [2]Ma J F, Yamaji N. Silicon uptake and accumulation in higher plants. Trends Plant Sci, 2006, 11: 392–397 [3]Ma J F, Tamai K, Yamaji N, Mitani N, Konishi S, Katsuhara M, Ishiguro M, Murata Y, Yano M. A silicon transporter in rice. Nature, 2006, 440: 688–691 [4]Fang C X, Wu X C, Zhang H L, Jun X, Wu W X, LinW X. UV-induced differential gene expression in rice cultivars analyzed by SSH. Plant Growth Regul, 2009, 59: 245–253
同類課題研究水平概述
- 目前，國內外的研究主要集中在揭示UV-B輻射下，水稻的分子響應機制，如Du等（2011）通過生理學特性、蛋白質組學、熒光定量PCR研究水稻葉片響應UV-B輻射的蛋白，結果發(fā)現(xiàn)在UV-B輻射條件下會使水稻葉片光合作用受到抑制、葉片有明顯的傷害，同時水稻葉片的植物生長素相關蛋白（脫落酸、乙烯等）表達量上調，還有在UV-B輻射下水稻會通過調節(jié)抗氧化、保衛(wèi)、蛋白合成、RNA合成、新陳代謝等相關蛋白的表達來提高水稻本身的防衛(wèi)能力;Wu等（2011）通過差異蛋白質組學技術研究不同耐性水稻對UV-B輻射的響應差異，結果發(fā)現(xiàn)UV-B輻射下耐性水稻上調的抗性相關蛋白的種類較敏感水稻多。Takahashi（2011）研究發(fā)現(xiàn)水稻不僅可以通過光聚合酶（CPD)來修復核受損DNA,同時可能可以通過修復線粒體、葉綠體受損的DNA來保護細胞免受UV-B輻射的傷害。Sasaki （2010）研究發(fā)現(xiàn)水稻細胞色素P450 (osCYP84A)在UV-B輻射下表達量上升，同時細胞色素P450 (osCYP84A)沉默植株在UV-B輻射下有明顯的傷害。預示著細胞色素P450 (osCYP84A)可能參與水稻防御UV-B輻射的過程。而對于如何通過現(xiàn)代生物技術提高水稻耐UV-B輻射的報道尚未多見。本研究通過揭示硅及其吸收基因（Lsi1)調節(jié)水稻耐UV-B輻射的機制，為農業(yè)生產過程中采用栽培調控提高水稻耐UV-B輻射，以及耐UV-B輻射水稻的分子育種提供理論基礎。
