不同化感潜力水稻品种对低钾的生理与分子响应

选择国际公认的化感水稻品种“P1312777”和非化感水稻品种“Lemont”为材料,在K元素为5mg·L^-1（低K）和40mg·L^-1（正常K）2个水平的营养液中培养,通过水稻形态学指标（根长、株高、根冠比和生物量）、生理生化指标（SOD、POD、CAT、根系活力及植株中N、P、K含量）,评价不同化感潜力水稻品种对低K胁迫的生理响应,并采用实时荧光定量PCR（Realtime Fluorescent Quantitative PCR,FQ-PCR）,分析了低K胁迫下水稻根和叶中与N、P、K吸收利用相关的12个关键酶的基因表达差异。结果表明,低K促进了化感水稻“P1312777”根的生长,根冠比加大,生物量增加,但对株高的影响不显著;而该条件下非化感水稻“Lemont”的上述指标均受到不同程度的抑制。低K对两种水稻的保护酶系（SOD、POD、CAT）和根系活力均有一定程度的抑制作用,植株中N、P、K含量降低,但非化感水稻“Lemont”受抑制的程度远大于化感水稻“P1312777”。FQ-PCR检测结果表明,低K胁迫下两种水稻根、叶中的12个关键酶的基因均呈现上调表达,而化感水稻“P1312777”的基因表达上调倍数均明显大于非化感水稻“Lemont”。低K胁迫下两种水稻品种的形态学差异、生理与分子响应均表明,化感水稻“P1312777”比非化感水稻“Lemont”具有更强的适应K匮乏的能力。     

田间旱育条件下不同化感潜力水稻的抑草效应分析

研究了田间旱育条件下, 在土壤水分充足和适度干旱状态时, 化感水稻"PI312777"和非化感水稻"Lemont"的抑草效应差异.结果表明, 在两种供水状态下, 化感水稻"PI312777"对田间杂草的控制效应显著高于非化感水稻"Lemont","PI312777"对各种杂草抑制效应指数的绝对值多在0.5以上, 而"Lemont"对各种杂草抑制效应指数的绝对值则多在0.5以下.进一步分析发现, 适度干旱胁迫下"PI312777"和"Lemont"对杂草的抑制效应都有增强趋势, 且"PI312777"稻田杂草生物量的降低幅度高于"Lemont"稻田; 以与非化感水稻"Lemont"共生下的杂草生物量为对照, 化感水稻"PI312777"对稻田杂草均表现出一定的化感抑制作用, 且适度干旱胁迫诱导下化感作用强度进一步增加.此外, 水稻对不同杂草的生物干扰强度不同, 化感水稻"PI312777"对夏熟稻田阔叶杂草有较强的控制效果, 干旱胁迫诱导"PI312777"对无芒稗(Echinochloa crusgalli L.)的化感潜力明显增强.     

不同化感潜力水稻秧苗响应低钾的光合生理特性

本研究以化感水稻"PI312777"和非化感水稻"Lemont"为材料,采用水培方法研究低钾(5 mg K.L-1)和正常钾(40 mg K.L-1)条件下,两水稻品种的光合生理及其响应机制。结果表明,低钾条件对非化感水稻"Lemont"的根长、株高、干重有显著的抑制作用;而对化感水稻"PI312777"的根长有促进作用,对其他指标的影响较小。低钾条件下,两种水稻光合作用参数——净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度、气孔限制值、叶绿素含量等均下降,但非化感水稻"Lemont"下降的幅度较大,且与化感水稻"PI312777"差异显著。水稻光合作用相关酶的分析结果表明,低钾条件下核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和乙醇酸氧化酶的活性及其基因表达强度均降低,但化感水稻"PI312777"的下降幅度显著小于非化感水稻"Lemont"。可见低钾条件下,化感水稻"PI312777"比非化感水稻"Lemont"具有更强的光合作用能力及耐营养匮乏能力。     

不同化感潜力水稻化感效应与产量的关系

本研究探讨了连续3年5种不同化感潜力水稻田间抑草效应、产量及其之间相互关系。结果表明,不同种植时间,不同化感潜力水稻田间种植过程中伴生杂草总生物量以非化感水稻"Lemont"最大,化感水稻"PI-1"最小。化感潜力分析结果表明,不同化感潜力水稻以化感水稻"PI-1"化感抑草潜力最强,非化感水稻"Lemont"最弱。水稻产量分析结果表明,不除草条件下,不同种植时间均以化感水稻"PI-1"产量最高,非化感水稻"Lemont"产量最低。除草条件下,依然以化感水稻"PI-1"产量最高,化感水稻"IAC47"产量最小。杂草生物量、水稻化感潜力与水稻产量的相关性分析结果表明,不同化感潜力水稻产量的大小与田间杂草生物量存在极显著负相关,与化感潜力大小存在极显著正相关。     

水稻生育后期根系响应氮肥调控的蛋白作用机制分析

以大穗型水稻‘金恢809’为试验材料,设置前氮后移(施氮量的30%作基肥,30%作蘖肥,30%作穗肥,10%作粒肥)及传统氮肥(施氮量的40%作基肥,30%作蘖肥,30%作穗肥)施用两种处理,并采用双向电泳技术分析了水稻生育后期根系对前氮后移调控的蛋白响应机制。通过构建的不同氮肥处理下水稻开花后15 d根系蛋白2-DE电泳图谱,并结合MALDI-TOF/MS分析,共成功鉴定到57个出现差异表达的蛋白,其中40个在前氮后移处理下上调表达,17个下调表达。依据其蛋白功能可以归为12类,主要涉及信号转导,氨同化,胁迫与防御,糖酵解,三羧酸循环,氨基酸代谢、蛋白合成及折叠等代谢途径。研究发现水稻生育后期根系GTP结合的核蛋白、GDP解离抑制因子、液泡型H+-ATP酶亚基C会响应氮肥的调控而出现表达变化,并将信号传递到电压依赖性离子通道蛋白、液泡型ATP酶亚基C以及膜联蛋白p35,进而调节根系细胞间物质运输与信息的传递。本研究结果还表明,前氮后移的施肥方式,通过适当增加水稻生育后期氮肥的施用,调节根系糖类转换、糖酵解及三羧酸循环相关蛋白的表达,增加了根系ATP的供应;通过增强根系中清除过氧化氢系统及防御相关蛋白的表达,延缓了根系的衰老;通过上调谷氨酸脱氢酶、天冬氨酸转氨酶和谷氨酞胺合成酶的表达丰度,促进了根系对土壤中氮元素的吸收与转运。研究结果对于进一步明确水稻根系响应氮素调控的分子生态特性具有重要的理论与实际意义。     

田间旱育条件下不同化感潜力水稻的生理特性分析

以国际公认的化感水稻品种“PI312777”和非化感水稻品种“Lemont”为材料, 研究了田间旱育条件下2 种水稻的生长特性及其对水分和杂草胁迫的生理响应。结果表明, 在水分和杂草双重胁迫下, 田间水稻生长势表现为“PI312777”(旱地)＞“Lemont”(湿地)≥“PI312777”(湿地)＞“Lemont”(旱地)。进一步分析发现, 在各处理小区, 以适度干旱小区化感水稻“PI312777”叶片的叶绿素含量、保护酶活性、光合速率、水分利用效率最高,蒸腾速率最低; 以适度干旱小区非化感水稻“Lemont”叶片的光合速率、保护酶活性、可溶性糖、可溶性蛋白和水分利用效率最低, MDA 含量积累最高。与非化感水稻“Lemon”相比, 化感水稻“PI312777”对水分的利用效率更高, 有更强的适应水分缺乏的能力。     

大气CO2浓度升高和温升对水稻纹枯病侵染后的相关蛋白和防御酶的影响

纹枯病（sheath blight）作为一种土传病害,其发生和发展严重威胁到水稻（Oryza sativa L.）的生产。目前,大气CO2浓度（[CO2]）和温度升高如何影响感病植株内病程相关蛋白（pathogenesis related proteins, PR蛋白）和防御酶尚不清楚。本研究以纹枯病易感品种（Lemont）和抗性品种（YSBR1）为实验材料,利用田间开放式自由大气[CO2]和温度升高（T-FACE）平台设置四个处理：对照、[CO2]升高（[CO2]升高至590 μmol·mol-1）、温升（冠层温度升高2 ℃）及[CO2]升高和温升交互,通过人工接种R. solani,探究不同抗性品种叶片和茎鞘PR蛋白与防御酶活性,以及土壤基本理化性状的响应。研究结果表明：高[CO2]和温升下耕作土制成的土壤浸提液培养基中R. solani生长速率无显著差异,接种R. solani后病斑发展速率与土壤基本理化性状无关。水稻植株感病后,两个品种叶片和茎鞘中PR蛋白和相关防御酶表现出明显差异,且在高[CO2]和温升条件下,该差异进一步增大。对于茎鞘中的PR蛋白和防御酶,高[CO2]和温升交互处理明显增加Lemont和YSBR1茎鞘中过氧化氢酶（CAT）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、β-1,3-葡聚糖酶（GLU）和超氧化物歧化酶（SOD）活性。对于两个水稻品种,当R. solani入侵后,在各处理下,YSBR1叶片中PR蛋白和相关防御酶以及茎鞘中SOD和CAT活性均显著高于Lemont,且YSBR1病斑发展速率显著低于Lemont。在整个发病过程中,温升处理及其与高[CO2]互作处理均显著增加易感品种Lemont的病斑发展速率（增加了21% ~ 45%）,而对抗性品种YSBR1的病斑发展速率无显著影响。相关性分析结果表明,各处理下Lemont和YSBR1植株纹枯病病斑的发展速率均与其茎鞘中GLU活性存在显著正相关。因而,在R. solani侵染后,抗病品种中较高的PR蛋白和防御酶活形成的防卫反应,能够有效减轻未来高[CO2]和温升条件对纹枯病病斑发展速度的影响。研究结果对选育纹枯病抗性品种来适应未来气候变化背景下的水稻生产提供重要的借鉴意义。     

不同化感潜力水稻钾离子吸收动力学差异分析

水培条件下, 采用离子耗竭法研究培养液中不同营养元素对化感水稻“PI312777”和非化感水稻“Lemont”钾离子吸收能力的影响, 并分析两水稻品种根部钾离子吸收相关基因的差异表达。结果表明, 不同处理下, 化感水稻“PI312777”相对于对照的△K_m、-△I_max 和△C_min 变化范围均较小, 与非化感水稻“Lemont”相比差异达显著水平。不同处理下, 两水稻品种的K_m 值和C_min 值的变化趋势为完全营养液培养未饥饿处理水稻(K_Control)>完全营养液培养饥饿处理水稻(K_All)>只含N、P、K 的营养液培养饥饿处理水稻(KNPK)>只含N、K 的营养液培养饥饿处理水稻(K_NK)>只含P、K 的营养液培养饥饿处理水稻(K_PK)>无N、P、K 的完全营养液培养饥饿处理水稻(K_Other)>只含K 的营养液培养饥饿处理水稻(K_K), 最大吸收速率I_max 值则相反。可见, 不同营养元素对两水稻钾离子吸收存在显著影响, 其中N 素的影响高于P 素, P 素高于其他元素。水稻根部钾离子吸收相关基因的差异表达分析结果显示, 不同处理条件下两水稻品种钾离子吸收相关基因均上调表达, 但非化感水稻“Lemont”的表达强度高于化感水稻“PI312777”。可见, 非化感水稻“Lemont”响应环境因素变化的敏感度高于化感水稻“PI312777”。     

水稻化感作用的生理生化特性研究

用化感水稻叶片浸提液处理不同萌发阶段的稗草幼苗，8d后测定受体稗草体内各种酶的活性结果表明，对地上部超氧化物岐化酶（SOD）的活性的最大抑制效应达27.7%，对地下部的最大抑制效应达38.4%；对地上部过氧化氢酶活性（CAT）的最大抑制效应达56.4%，对地下部的最大抑效应达62.4%。经分析，水稻的化感作用具有破坏受体植物膜的功能、影响其生长调节系统和破坏其光合作用等生理生化特性。     

化感水稻6173内生真菌发酵产物对水稻和稗草苗期生长及生理生化特性的影响

为了考察化感水稻品系6173内生真菌的生物学功能,采用6173分离出的12株内生真菌对非化感水稻93067和稗草进行种子萌发和生长试验,以常规萌发生长的水稻及稗草幼苗为对照,研究真菌发酵产物对两者萌发率、茎长、鲜重和相关酶活性变化的影响。结果表明,12株内生真菌中,7株真菌的发酵产物对水稻萌发起促进作用,11株真菌的发酵产物可促进水稻幼苗生长,其中塔宾曲霉和粘红酵母发酵液效果极显著。然而11株真菌的发酵产物对稗草萌发具有抑制作用,燕麦镰刀菌发酵液抑制效果极显著;试验组中塔宾曲霉、粘红酵母发酵产物均显著抑制了稗草的生长。初步筛选促水稻生长和抑制稗草作用明显的燕麦镰刀菌、塔宾曲霉和粘红酵母,其发酵产物都能显著降低稗草种子的脂肪酶活性。与对照相比,萌发24 h时,粘红酵母处理稗草种子可使脂肪酶活性下降82.61%;萌发96 h时,燕麦镰刀菌和粘红酵母菌处理稗草种子可使脂肪酶活性下降30.88%和36.50%。此外,塔宾曲霉和燕麦镰刀菌发酵产物能够不同程度地提高水稻幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性;燕麦镰刀菌能降低稗草幼苗的SOD、POD活性;同时塔宾曲霉能显著降低稗草幼苗POD活性。综上,化感水稻6173中分离出的内生真菌的发酵产物对普通水稻品种促生长和抑制作用并存,但对稗草主要是抑制作用,其作用可能主要通过抑制脂肪酶活性和抗氧化途径实现。本研究结果为农业生产中生物农药和微生物肥料的研发奠定了理论基础。     

乙烯通过调控氧化还原水平和耐冷基因表达提高早稻秧苗耐低温胁迫能力

乙烯参与调控植物响应多种逆境胁迫，然而乙烯调控早稻秧苗响应低温胁迫的生理和分子机制还不明确。本研究选择无土基质、发酵基质和营养土3种育秧基质对中早39早稻品种进行正常育秧至两叶一心期，外源喷施乙烯利后将水稻秧苗进行3d的低温处理，随后测定秧苗理化性质和抗寒基因表达，同时以喷施等量清水作为对照。结果显示：喷施乙烯利后显著提高了低温条件下水稻秧苗的生长，提高了秧苗体内的养分含量和渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖含量，增强了秧苗体内抗氧化系统酶活性和氧化还原状态(AsA/DHA比率)，提高了秧苗体内OsCOIN、TERF2、OsLti6a和OsCDPK7等耐冷基因的表达。以上结果说明，外源喷施乙烯通过调控水稻体内渗透调节物质含量、氧化还原水平和耐冷基因的表达增强水稻秧苗的耐低温胁迫能力。     

Biochar but not earthworms enhances rice growth through increased protein turnover

The aim of this work was to compare the effects of biochar and earthworms on rice growth and to investigate the possible interactions between both. In addition to classic macroscopic variables we also monitored some leaf-level cellular processes involved in protein turnover. Both biochar and earthworms significantly increased shoot biomass production. However, biochar had a higher effect on the number of leaves (+87%) and earthworms on leaf area (+89%). Biochar also significantly increased the leaf turnover. At the cellular level, biochar but not earthworms enhanced protein catabolism by an increase in leaf proteolytic activities. This could be related to the increased expression of three of the six genes tested related to protein catabolism, one serine protease gene OsSP2 (+24%), one aspartic acid protease gene, Oryzasin (+162%) and one cysteine protease gene OsCatB (+257%). Furthermore, biochar also enhanced the expression level of two genes linked to protein anabolism, coding for the small and large subunits of rubisco (+33% and +30%, for rbcS and rbcL, respectively), the most abundant protein in leaves. In conclusion, our data gives evidence that biochar increased rice biomass production through increased leaf protein turnover (both catabolism and anabolism) whereas earthworms also increased rice biomass production but not through changes in the rate of protein turnover. We hypothesize that earthworms increase nitrogen uptake at a low cost for the plant through a simultaneous increase in mineralization rate and root biomass, probably through the release in the soil of plant growth factors. This could allow plants to accumulate more biomass without an increase in nitrogen metabolism at the leaf level, and without having to support the consecutive energy cost that must bear plants in the biochar treatment.     

一氧化氮在植物发育及植物–微生物互作中的作用机制研究进展

一氧化氮 (NO) 作为高活性信号分子,是调控植物生长发育的关键因子。NO可提高植物对非生物胁迫及生物胁迫的抗性,增强植物的免疫能力。最新的研究表明,NO在植物根系与微生物的互作过程中发挥着重要作用,NO能够促进植物根系与根瘤菌及丛枝菌根真菌形成共生体,从而提高植物对土壤氮磷养分的获取。NO作为信号物质调控植物对生物胁迫和非生物胁迫抗性的主要机制有:1) NO与活性氧系统互作,调节活性氧的水平,缓解氧化应激反应对植物的伤害;2) NO通过蛋白质的翻译后修饰,对植物免疫及抗逆过程进行调节;3) NO与多种植物激素互作,参与激素对植物生长发育的调节过程。而且NO可促进共生体的形成及发育相关基因表达,抑制免疫基因表达,通过NO与植物球蛋白 (phytoglobin) 的循环维持共生体的氧化还原水平及能量状态,从而促进植物–微生物共生关系。以往关于NO的研究主要集中在前3个方面,有关NO在植物–微生物互作中的作用机制的研究较少,NO参与植物–微生物互作机制的研究亟待加强。揭示NO增强植物抗逆性及其调节根系发育的机制,深入探究NO调控植物–微生物互作的机理,对于提高集约化作物生产体系中养分利用效率和作物生产力具有重要的理论与实践意义。     

锌铬复合污染对水稻根系氮代谢的影响

通过盆栽试验,研究了锌铬复合污染对水稻(Oryza sativaL.)根系氮代谢的影响。结果表明,在锌铬复合污染下,随着重金属浓度的增加,水稻在不同生育期的生物量均降低,根冠比均有增加的趋势。在水稻不同生育期,水稻根系全氮含量及可溶性蛋白含量随铬浓度的变化规律不明显,而随锌浓度的变化规律较为明显,即随锌浓度的增加呈增大的趋势。偏相关分析表明,在水稻不同生育期,土壤中锌浓度、铬浓度与水稻根系全氮未产生复合效应,与可溶性蛋白含量在水稻分蘖期产生了Zn-Cr协同效应。这可能与在水稻不同生育期,其根系对重金属胁迫的适应程度不同有关。     

不同抗性稗草对水稻产量及其生理特性的影响

为探讨对除草剂敏感的稗草和产生多抗性的稗草对水稻生长发育的影响,以南粳9108为试验材料,自水稻移栽至成熟分别与对二氯喹啉酸、稻杰和双草醚均敏感的稗草(敏感稗草,T1)和对二氯喹啉酸、稻杰和双草醚均产生抗性的稗草(多抗性稗草,T2)共生,以无稗草水稻处理为对照(CK)。结果表明,与T1相比,T2的分蘖数、干物质积累量和每穗粒数显著降低、生育期缩短,但千粒重显著增加。与稗草共生后,与CK相比,T1和T2的水稻产量分别显著减产32.5%~33.4%和24.8%~26.7%,T2的减产率略低于T1,但二者差异不显著。与CK相比,T1和T2还显著降低了水稻抽穗期水稻叶面积指数、灌浆期叶片光合速率、根系氧化力、根干重、籽粒中玉米素+玉米素核苷、吲哚-3-乙酸含量、蔗糖合成酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性和成熟期干物质积累量,T1与T2间差异不显著。水稻叶面积指数、灌浆期叶片光合速率、根系氧化力、根干重、籽粒中玉米素+玉米素核苷、吲哚-3-乙酸含量、蔗糖合成酶和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性和成熟期干物质积累量的显著降低是T1和T2致使水稻产量降低的重要原因。本研究结果为杂草综合治理和水稻高产栽培提供了理论依据。     

低氮胁迫下水稻根系的发生及生长素的响应

采用水培实验,研究了5个氮(N)浓度下(0.01～5 mmol L-1)水稻的生物量、体内氮浓度、根系发育、体内生长素浓度以及生长素外流蛋白OsPIN家族基因的表达情况。结果表明,与正常供氮水平(2.5mmol L-1)相比,低氮(0.01 mmol L-1)胁迫下水稻根冠比增加28%,地上部全氮浓度降低约20%,根系全氮浓度降低约33%,种子根长度增加25%,种子根上的侧根密度降低26%,倒一叶中的生长素含量增加140%,而根茎结合处和根系的生长素浓度分别下降22%和60%;RT-PCR的结果表明,低氮(0.01 mmol L-1)胁迫下水稻根系中OsPIN1a-b、OsPIN2、OsPIN5a-b和OsPIN9基因表达显著下调;而外源生长素α-萘乙酸(NAA)和生长素极性运输抑制剂1-萘氨甲酰苯甲酸(NPA)的施加均能影响到水稻种子根长和种子根上的侧根密度。由此推论,低氮胁迫下水稻体内生长素从倒一叶到根系极性运输减少是水稻根系对低氮胁迫响应的生理机制之一。     

核盘菌侵染拟南芥的过程及其芥子油苷的变化

研究了核盘茵侵染拟南芥哥伦比亚生态型(Col-O)过程中,拟南芥的发病症状、活性氧和芥子油苷组分和含量的变化,及其抗性相关基因和芥子油苷生物合成相关基因表达的变化.结果表明,在侵染过程中,拟南芥的受侵染部位出现黄色水渍状病斑,随发病时间的延长病斑逐渐扩大到整株,其相对含水量逐渐下降,相对电导率不断上升,活性氧(过氧化氢...     

植物氮素吸收利用相关NPF基因家族研究进展

Nitrogen (N) is a primary mineral nutrient for plant growth and development as well as the limiting factor for crop yield. Nitrate is one of the major N sources for plant uptake and utilization. Four gene families including NPF, NRT2, CLC and SLAC1/SLAH have been reported to be involved in the process of nitrate uptake and utilization. Among the four gene families, the NPF family has a large number of members and diverse functions, which have attracted more attention and in-depth research in recent years. There are 53, 93, 79 and as many as 331 NPF genes in the model plant Arabidopsis and the main food crops – rice, maize, and wheat, respectively. The biological functions of more than half members (31/53) of Arabidopsis NPF family have been characterized, and reports on the functions of NPF genes in crop such as rice are emerging. Research revealed that NPF genes are widely involved in processes of plant nitrogen uptake and its regulation, transport, distribution and re-distribution, and some members play important roles in the modification and improvement of crop nitrogen use efficiency (NUE). Consequently, it is highly pertinent to unravel the mechanism underlying plant nitrogen utilization and genetic improvement by exploring candidate NPF genes from the perspective of nitrogen flow. This paper reviewed the biological functions of NPF genes in the model plant Arabidopsis and crops. At the moment, only 4 members of NPF genes in maize were reported with biological functions, and none of the NPF genes in wheat were reported with biological function. The exploration and studies on the NPF genes of crops such as maize and wheat will provide gene resources for future researches on crop NUE improvement and high-NUE crop breeding.     

多效唑对杂交中稻不同密肥群体产量和抗倒伏性的影响

为探究高产稻田中防止倒伏发生的早期诊断技术,2015-2016年,以大面积推广的杂交中稻高产新品种蓉18优1015为试验材料,设计3因素完全因子试验,研究不同密肥群体下喷施多效唑对稻谷产量和抗倒伏性的影响。结果表明,随着施氮量和移栽密度的增加,稻谷产量提高,植株抗倒力下降,以施氮量150 kg·hm^-2和移栽密度18.75 万穴·hm^-2的产量较高。不同密肥群体下施用多效唑对产量和植株抗倒伏性有显著影响,施用多效唑后植株抗倒力增强,但产量因穗粒数下降而减少。不同密肥处理下施用多效唑对产量影响各异。于水稻最高苗期施用多效唑使植株重心高度、弯曲力矩、倒伏指数显著降低,折断弯矩则明显提高,穗粒数平均减少5.24~7.87粒。多效唑对产量的影响表现为低施氮量下因穗粒数减少而减产;中施氮量下产量差异不显著;高施氮量下植株未倒伏、籽粒灌浆结实正常,因结实率和千粒重高而增产。综上所述,肥力水平和施氮量高的稻田于最高苗期施用多效唑有利于水稻产量提高和控制后期倒伏。本研究为指导大面积水稻高产稳产提供了科学依据。     

氮素敏感时期水稻分蘖芽的转录分析

  【目的】  氮素影响水稻分蘖芽的发育,从而影响水稻株型和产量。探究水稻分蘖芽在氮素敏感时期的基因表达情况,揭示氮素对水稻分蘖芽调控的可能途径。  【方法】  以水稻品种‘日本晴’为试验材料,萌发后用1/2MS培养基培养一周,之后用2.5 mmol/L的氮素溶液培养,待幼苗长至三叶期,进行0和2.5 mmol/L氮素溶液处理,培养至五叶期。对不同氮素浓度下分蘖芽的生长进行分析,确认水稻材料的氮素敏感时期,并于根茎结合处取样,提取RNA,进行氮素敏感时期水稻分蘖芽的转录组分析,包括差异表达基因的挖掘以及GO功能富集分析、KEGG通路分析、蛋白互作网络分析。  【结果】  缺氮条件下,水稻分蘖芽生长受到抑制,转录分析结果显示,不同供氮条件下842个基因存在显著的表达差异,其中586个基因缺氮时上调,256个基因缺氮时下调。GO功能富集分析发现绝大多数差异表达基因属于胞内 (cell)、胞内成分 (cell part) 和细胞器 (organelle) 的类别。在差异表达基因的KEGG通路分析中,植物激素信号传导途径是最显著富集的通路,氮代谢途径次之,说明植物激素通路和氮代谢通路在水稻分蘖芽的生长过程中具有重要作用。差异表达基因主要涉及生长素、细胞分裂素、脱落酸、水杨酸、茉莉酸等相关激素的合成代谢途径以及参与氮代谢的硝酸还原酶。蛋白互作分析推测硝酸还原酶可能会与植物激素相互作用。  【结论】  通过对氮素敏感时期水稻分蘖芽相关基因的转录分析,发现缺氮条件下,激素信号传导途径和氮代谢途径中相关基因的表达量均受到影响。其中,与硝酸还原酶和植物激素脱落酸合成相关的基因表达量上调,而影响分蘖芽生长的细胞分裂素和生长素基因表达均下调。