水稻抗旱生理生化及其相关基因研究进展

干旱胁迫是影响水稻生长发育的重要环境因素之一。水稻在干旱胁迫条件下,产生相应的生理变化并诱导特定相关基因的表达,这些生理变化与相关基因的表达减少了水稻在干旱胁迫条件下带来的伤害。选育抗旱新品种不但可以节约水资源,而且有利于提高水稻产量。该文对水稻抗旱生理生化机制和抗旱基因的最新研究进行阐述,为提高水稻抗旱性和抗旱育种提供理论依据。     

水稻萌芽期抗旱指标筛选与抗旱性综合评价

【目的】探索干旱胁迫对水稻萌芽期生长的影响,筛选水稻萌芽期抗旱性指标.【方法】以粳型、籼型常规稻及空间诱变稳定后代株系等共62个水稻品种(系)为试验材料,利用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫,研究了干旱处理对水稻萌发期芽鞘长、最长根长、芽干质量、根冠比等8个形态和生理指标的变化.利用隶属函数分析方法对所有材料进行综合抗旱能力评价.【结果和结论】干旱胁迫严重影响了水稻的萌发,对根长的抑制最明显;根干物质积累比芽干物质积累受干旱胁迫的抑制更明显.芽鞘长和最长根长与水稻萌芽期综合抗旱能力极显著相关,且2个指标间无相关性,适合用作水稻萌发期抗旱鉴定指标.根据水稻萌发期抗旱性和综合抗旱能力评价,从62个水稻品种(系)中筛选出14个高抗旱品种(系),用于后续抗旱研究.     

作物抗旱分子机制研究进展

培育抗旱作物对构建高效节水农业和保障粮食生产安全具有重要意义。人们通过不断揭示作物抗旱机制,挖掘、克隆大量抗旱基因,并展开基因功能的系统验证及表达调控研究,最终转化作物进而培育出抗旱作物新品种（系）。目前已有多个抗旱基因被成功转化到作物中,但人们对作物抗旱机制及抗旱基因调控等方面依然缺乏了解。本文在总结相关研究进展的基础上进一步从水分胁迫信号感知与识别、胞间信使转导及干旱胁迫反应等方面系统阐述了作物抗旱分子机制。     

烟草响应干旱胁迫与抗旱遗传育种研究进展

烟草是我国重要的经济作物之一，在烟草生长发育过程中，干旱胁迫是导致其产量减少和品质降低的主要非生物胁迫。为了提高干旱胁迫下烟草的产量和品质，本研究将烟草对干旱胁迫的响应，包括烟草外部形态特征(叶片、株高、根系)、生理生化特性(体内水分代谢、主要酶活性、内源激素、无机离子、蛋白表达与调控、光合作用);干旱胁迫对烟草产量和品质的影响；烟草抗旱性的遗传研究(烟草抗旱性遗传研究现状、抗旱相关基因在烟草中的应用研究、烟草抗旱基因的克隆);烟草抗干旱胁迫种质资源研究(烟草种质资源的收集和保存、烟草抗旱性种质资源、烟草抗旱性种质资源品种选育);烟草抗干旱胁迫的育种研究(烟草抗干旱胁迫遗传育种策略、分子生物技术在烟草抗旱遗传改良中的运用、烟草抗干旱胁迫品种选育的研究)等方面进行综述，以期为今后在干旱胁迫下培育优质、高产烟草提供理论依据。     

叶片细胞膜透性与宁夏水稻抗旱能力关系研究

利用20份宁夏水稻材料,分析比较叶片细胞膜透性在常规水田、田间干旱胁迫和干旱棚极度胁迫环境下的表现,研究其透性与伤害度的关系,进而通过伤害度来评价参试材料的抗旱能力。结果表明,不同水稻材料叶片细胞膜透性存在差异,极度干旱胁迫时其透性明显增大;干旱胁迫时的细胞膜透性与其伤害度呈极显著正相关;20份参试材料中有5份的抗旱能力较强,2份的抗旱能力较弱。     

4个小麦抗旱相关转录因子基因的表达及其与抗旱生理生化指标的相关性

筛选转录因子基因作为小麦抗旱性鉴定指标,丰富和补充小麦抗旱鉴定体系。以4个抗旱性不同的小麦品种为材料,通过实时荧光定量PCR,检测4个抗旱相关转录因子基因(TaERF1,TaMYB30,TaNAC69,Wabi5)在不同处理时间的表达,同时分析干旱胁迫下4个抗旱生理生化指标的变化,探究4个转录因子基因的表达与抗旱生理生化指标之间的相关性。结果表明,基因TaERF1、TaMYB30、TaNAC69和Wabi5的表达都受干旱胁迫的诱导,且在抗旱性不同的小麦品种中的表达模式存在明显差异;相关性分析表明,TaERF1在各胁迫持续时间点的表达量都与可溶性蛋白和丙二醛(MDA)呈显著或极显著相关,在胁迫处理3h、24h和48h时,TaERF1的表达量与相对含水量(RWC)显著相关,TaMYB30、TaNAC69和Wabi5在一定时段的干旱胁迫后的表达量也分别与可溶性糖、可溶性蛋白、RWC和MDA存在显著相关性。说明转录因子基因TaERF1、TaMYB30、TaNAC69和Wabi5的表达可以作为评估小麦抗旱性的参考指标。     

谷子抗旱相关蛋白激酶基因家族鉴定及表达分析

[目的]蛋白激酶是一类催化蛋白质磷酸化反应的酶,普遍存在于植物体中,参与调控植物生长发育和抗逆等多种生理反应。本文旨在探究谷子响应干旱胁迫与蛋白激酶之间的关系,为谷子抗旱品种的培育提供参考。[方法]运用生物信息学方法,分析了谷子蛋白激酶基因家族的35个抗旱相关蛋白激酶基因的系统进化关系、基因结构、保守基序、保守结构域、启动子顺式元件以及在干旱处理下和不同组织中基因表达水平。[结果]这35个谷子抗旱相关蛋白激酶基因分布于8条染色体上,被分为4个亚家族;多数亲缘关系较近的基因,其外显子-内含子结构、保守基序、保守结构域也较为相似,它们可能具有功能上的相似性;启动子元件分析发现,多数基因启动子区含有ABA响应元件(ABRE)和干旱诱导响应元件(MBS);组织特异性表达发现,SiPK20和SiPK25基因表现出显著的组织特异性表达模式,SiPK20在叶中表达量较高,SiPK25在根中表达量较高;干旱诱导基因表达分析显示,在抗旱品种勾勾母鸡咀中,干旱处理后SiPK1和SiPK4基因表达量显著上升,并且SiPK1、SiPK4启动子区域都含有较多的MBS元件,说明SiPK1和SiPK4极有可能参与谷子干旱胁迫响应,并且SiPK4在根中表达量较高。[结论]SiPK4可能通过调控谷子根部发育参与根部对干旱胁迫的应答反应,可作为抗旱相关的候选基因。     

PEG-6000模拟干旱胁迫下高粱种子萌发期抗旱、敏感材料筛选、鉴定

[目的]高粱春播时容易遭受干旱胁迫,影响种子萌发、出苗,造成缺苗影响产量,因此筛选种子萌发期抗旱、敏感材料以及挖掘抗旱相关基因对高粱抗旱育种、探究抗旱分子机制具有重要意义。[方法]利用全球不同地区收集的不同类型高粱材料575份,28℃水培养萌发种子并统计出苗率,出苗率≥90%的高粱材料利用17. 5%PEG-6000模拟干旱胁迫筛选抗旱和干旱敏感材料。选择生育期、株高和用途相近的抗旱和敏感材料构建抗旱相关基因定位群体。[结果]575份高粱材料,3次重复试验出苗率均≥90%的高粱材料共有301份。经过17. 5%PEG-6000模拟干旱胁迫处理后,去除沈阳不能抽穗的材料后,筛选到抗旱材料22份、敏感材料18份,共计40份。选择抽穗期差异3 d以内、株高差异5 cm以内,共筛选到3组适宜构建抗旱相关基因定位群体的材料,包括抗旱和敏感材料共计8份。[结论]高粱种子萌发期,不同材料之间出苗率差异较大,综合考虑株高、抽穗期、用途和模拟干旱胁迫下的相对出苗率等因素,选取8R336/8R079和8R340/8R078作为最优杂交组合构建抗旱相关基因定位群体。     

"转基因抗旱耐盐碱水稻"通过鉴定

据光明日报讯:从农业部门获悉,"转基因抗旱耐盐碱水稻"研究日前通过专家鉴定。 该项目是河北大学留美博士朱宝成教授等人联合攻关的重点课题。他们首先构建成功了一种被称为脯氨酸合成酶的基因,将这种基因导入水稻悬浮细胞,从而得到转基因水稻植株。这种基因在一种启动子的作用下,不断积累脯氨酸合成酶,水稻依靠这种脯氨酸含量的增加提高抗旱耐盐碱力。目前专家已经得到第4代转基因植株种子。 实验表明,在干旱和盐碱胁迫的条件下,多数转基因水稻能够正常结实。有关专家认为,这种抗旱耐盐碱转基因水稻的研究居国际领先水平,特别是在我国水资源形势极为严峻的情况下,这种水稻与常规育种相结合后会具有极为广阔的应用前景。 (本刊辑)     

水稻抗旱性机理的研究进展

对水稻在干旱胁迫下的伤害机理进行了总结和综述,并指出当前研究的热点是水稻抗旱基因资源的发掘、创新、抗旱生理学和遗传学等方面。     

贵州耐旱性水稻品种的筛选

为了应对频发的极端干旱气候,2009—2010年引进生产上具有耐旱性强的水稻品种在非灌溉条件下试种,考察各品种在贵州种植的耐旱性,从中筛选出适宜贵州种植的耐旱水稻品种。结果表明:全生育期所需活动积温在2 558.8～3 639.3℃的耐旱性水稻品种适宜贵州各稻区种植;耐旱性较强及产量表现好的杂交稻品种有荃银1号、赣香优2833、黔两优58、黔优568、国稻1号等,常规稻品种武育粳3号、合系41号等;在干旱胁迫环境下,增加有效穗、穗总粒数及干物质重是栽培上应采取的主要措施。     

水稻湘1和陆稻763612的抗旱性研究

以水稻品种湘1和早稻品种763612为材料,对它们苗期的抗早性进行了研究。实验表明,抗旱性较强的水稻品种湘1有较快的发根速度,较多的根条数。在渗透胁迫下能维持较高的相对含水量(RWC)和较高的保护酶(SOD)活性,质膜相对透性较小,膜伤害较轻。因而,在严重水分胁迫下有较高的存活率,并能维持一定的生物量。抗旱性较弱的旱稻品种763612正相反。这些结果意味着水、陆稻的抗旱体系似乎可以分为抗旱相、中间相、敏感相。     

Screening of Drought Resistance Identification Indexes for Rice (Oryza sativa L.) Cultivars in Ningxia

The morphological characters, physiological characters, yield traits and yield per plant of total 49 rice cultivars from Ningxia were investigated under conditions of water stress and non-water stress so as to determine the relationship between each trait and yield per plant under water stress and the relationship between each relative character and drought resistance coefficient under water stress and non-water stress. The correlation, grey correlation, stepwise regression and path analyses showed that the til er number per plant, plant height, grain density, effective panicle number per plant and grain number per pan-icle, total 5 traits, were significantly correlated with the drought resistance of rice, and they could be used to identify the drought resistance of rice in Ningxia. In addition, the drought resistance of rice was graded qualitatively according to the subordinate function value of corresponding drought resistance coefficient. The results showed that among the 49 rice cultivars from Ningxia, 6 rice cultivars were highly drought resistant, and 9 rice cultivars were moderately drought resistant, suggesting that the evalua-tion method was feasible and effective.     

广西栽培稻种质资源抗旱性指标筛选与抗旱性分析(英文)

该研究用全生育期旱胁迫方法,对105份广西栽培稻种质资源进行了抗旱性指标筛选与抗旱性分析,以穗颈粗、单株有效穗、千粒重、穗实粒数、总粒数、结实率与单株产量7个形态性状的综合抗旱D值为鉴定评价指标。结果表明,在干旱胁迫下,单株产量与穗颈粗呈显著正相关,与其他5个形态性状呈极显著正相关。通过综合抗旱指数D值的鉴定评价,本研究获得了7个强抗旱型的地方栽培稻品种,占6.67%。广西的陆稻资源的综合抗旱力较强,可重点用于强抗旱种质材料的筛选。本研究为广西的抗旱育种提供了材料基础及理论依据。     

Screening of Drought Resistance Identification Indexes for Rice(Oryza sativa L.) Cultivars in Ningxia

The morphological characters, physiological characters, yield traits and yield per plant of total 49 rice cultivars from Ningxia were investigated under conditions of water stress and non-water stress so as to determine the relationship between each trait and yield per plant under water stress and the relationship between each relative character and drought resistance coefficient under water stress and non-water stress. The correlation, grey correlation, stepwise regression and path analyses showed that the tiller number per plant, plant height, grain density, effective panicle number per plant and grain number per panicle, total 5 traits, were significantly correlated with the drought resistance of rice, and they could be used to identify the drought resistance of rice in Ningxia. In addition, the drought resistance of rice was graded qualitatively according to the subordinate function value of corresponding drought resistance coefficient. The results showed that among the 49 rice cultivars from Ningxia,6 rice cultivars were highly drought resistant, and 9 rice cultivars were moderately drought resistant, suggesting that the evaluation method was feasible and effective.     

微生物蛋白激发子PeaT1的获得及诱导水稻抗旱性的初步研究

PeaT1是来源于极细链格胞菌（Alternaria tenuissima）的一种蛋白激发子,具有促进植物生长和提高抗逆性的功能。为了进一步研究该激发子的功能,构建了表达该蛋白质的原核表达载体pET28a-peaT1,诱导表达获得大量目的蛋白质。利用AKTA蛋白质纯化系统,通过亲和层析、离子交换层析和分子筛等纯化技术,获得高纯度的PeaT1蛋白。用不同浓度的纯化蛋白处理水稻,进行抗旱性检测,结果表明PeaT1可明显提高水稻的抗旱性。     

水稻抗旱性研究现状与展望

综述了水分胁迫对水稻的伤害以及水稻植株在气孔调节、渗透调节、激素调节、膜抗氧化保护酶类和干旱诱导蛋白等方面抗旱性生理生化机制的研究进展。介绍了水稻抗旱性状的基因定位和抗旱性基因工程方面的研究现状,并指出,稻属抗旱基因资源的发掘以及在育种上的遗传利用和水稻抗旱节水综合栽培技术的研究是当前研究的热点。     

渗透胁迫对水稻芽期抗旱性的影响

利用6个抗性不同的水稻品种为材料,研究渗透胁迫下水稻芽期形态和生理指标的变化。结果表明:水稻胚芽鞘、胚根长度和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性、还原型谷胱甘肽(GSH)、维生素C(Vc)、脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)以及亚精胺(Spd)、精胺(Spm)含量等11项与抗旱性有关的形态和生理指标的相对值与抗旱系数相关显著或极显著,可作为水稻芽期抗旱性的评价指标。通过主成分分析确立了Vc、GSH和Spm含量的相对值为水稻芽期抗旱性的综合指标,以抗旱系数为因变量,3个综合指标为自变量建立的回归方程对供试品种的抗旱性进行预测效果较好。     

过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。