水稻ABA受体OsPYLs基因家族的鉴定和功能研究
本文关键词: 水稻 ABA受体 OsPYLs OsPP2Cs 干旱胁迫 冷胁迫 种子萌发 出处:《中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)》2017年博士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:ABA是一种重要的植物激素,参与调控植物生长发育的各个方面,包括:种子的休眠、萌发、幼苗的生长等。此外,ABA又是一种抗胁迫激素,响应各种生物和非生物胁迫,如:干旱、盐碱、低温冷害等。水稻作为重要的粮食作物,经常受到干旱、低温等逆境环境的影响,严重威胁着水稻的产量和粮食安全。由于ABA在抵御逆境胁迫中的重要功能,ABA受体获得广泛而深入的研究,以探索其抵御逆境的分子机制。自拟南芥ABA受体PYR/PYL/RCARs基因家族发现以来,ABA信号转导途径及其抗逆的分子机制也逐渐被阐明,并获得一致认可。但在单子叶植物水稻中并没有太多报道,本论文利用拟南芥14个PYR/PYL/RCAR基因的氨基酸序列在水稻基因组数据库中进行比对分析,发现在水稻中含有13个OsPYLs同源基因,其中有3个(OsPYL11~13)在N端或C端有大片段的缺失,被认为是无功能的。所以本课题只克隆了其他10个OsPYLs基因(OsPYL1~10),来研究它们的表达模式和生物功能。主要研究结果如下:1、OsPYLs基因家族的表达具有组织特异性。OsPYL7/8在胚中表达量较高,OsPYL3和OsPYL5在叶中表达量较高,OsPYL1在根中表达量较高,OsPYL2/9在所有组织中表达量都较高。2、OsPYLs基因家族对ABA的响应具有复杂性和多样性。一些基因的表达是受ABA下调的,如:OsPYL1、OsPYL2/9和OsPYL3;而一些基因的表达是受ABA上调的,如:OsPYL4;当然,有些基因表达不受ABA的影响,如OsPYL5、OsPYL7/8 和 OsPYL10。3、OsPYLs蛋白定位在细胞质和细胞核内。4、在酵母和烟草中研究了10个OsPYLs蛋白与5个OsPP2Cs蛋白之间的互作关系,发现OsPYLs选择性的与OsPP2Cs互作,它们之间的互作有的是依赖于ABA的,有的是不依赖于ABA的。5、OsPP2Cs以不依赖于ABA的方式决定OsPYLs-OsPP2Cs复合物的亚细胞定位。6、为了研究OsPYLs基因家族的生物功能,我们分别获得了OsPYL3和OsPYL9过表达转基因水稻。萌发阶段对ABA的敏感性实验分析发现,OsPYL3和OsPYL9过表达转基因水稻在种子萌发阶段对ABA超敏感,且OsPYL9过表达转基因水稻较OsPYL3过表达转基因水稻对ABA有更高的敏感性;干旱胁迫实验分析发现,OsPYL3和OsPYL9过表达转基因水稻气孔关闭速率快,失水速率慢,提高了水稻对干旱胁迫的抵抗能力;冷胁迫实验分析发现,OsPYL3和OsPYL9过表达转基因水稻细胞膜稳定性增强,提高了水稻对冷胁迫的耐受能力。总之,我们发现并总结了水稻ABA受体OsPYLs基因家族一些未被前人报道的特征,这一发现极大可能为提高水稻的抗胁迫能力提供新的研究思路和研究视角。
[Abstract]:ABA is an important phytohormone involved in the regulation of plant growth and development, including seed dormancy, germination, seedling growth and so on. In response to various biological and abiotic stresses, such as drought, salt and alkali, cold chilling, etc. As an important food crop, rice is often affected by drought, low temperature and other stress environment. It is a serious threat to the yield and food security of rice. Because of its important function in resistance to stress, ABA receptor has been widely and deeply studied. Since the discovery of Arabidopsis ABA receptor PYR/PYL/RCARs gene family, its signal transduction pathway and its molecular mechanism of stress resistance have also been elucidated. But not much has been reported in monocotyledonous rice. In this paper, the amino acid sequences of 14 PYR/PYL/RCAR genes of Arabidopsis thaliana were compared in rice genome database, and 13 OsPYLs homologous genes were found in rice. There are three OsPYL1113) with large fragment deletion at the N-terminal or C-terminal. Therefore, only 10 other OsPYLs genes were cloned to study their expression patterns and biological functions. The main results are as follows: 1. The expression of OsPYLs gene family was tissue specific. The expression of OsPYL7 / 8 in embryos was higher. The expression of OsPYL3 and OsPYL5 was higher in leaves. The expression of OsPYL1 in root was higher than that of OsPYL2 / 9 in all tissues. The response of OsPYLs gene family to ABA is complex and diverse. Some genes are down-regulated by ABA, such as: OsPYL1, OsPYL2 / 9 and OsPYL3; Some genes were up-regulated by ABA, such as: OsPYL4; Of course, some genes are not affected by ABA, such as OsPYL5, OsPYL7 / 8 and OsPYL10.3OsPYLs are located in cytoplasm and nucleus. The interaction between 10 OsPYLs proteins and 5 OsPP2Cs proteins was studied in yeast and tobacco. The selective interaction between OsPYLs and OsPP2Cs was found. The interaction between them is either dependent on ABA or not on ABA. 5. In order to study the biological function of OsPYLs gene family, OsPP2Cs determines the subcellular localization of OsPYLs-OsPP2Cs complex in a manner independent of ABA. We obtained OsPYL3 and OsPYL9 overexpression transgenic rice respectively. The sensitivity to ABA in germinating stage was analyzed. OsPYL3 and OsPYL9 overexpression in transgenic rice was hypersensitive to ABA during seed germination. OsPYL9 overexpression was more sensitive to ABA than OsPYL3 overexpression. Drought stress analysis showed that OsPYL3 and OsPYL9 overexpressed transgenic rice stomatal closure rate was fast, water loss rate was slow, improved the resistance of rice to drought stress. Cold stress analysis showed that OsPYL3 and OsPYL9 overexpression of transgenic rice cell membrane stability enhanced, improve the tolerance of rice to cold stress. We have found and summarized some characteristics of rice ABA receptor OsPYLs gene family that have not been reported by previous researchers. This discovery may provide a new way of thinking and research perspective for improving the resistance of rice to stress.
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S511;Q943.2
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 李智念,王光明,曾之文;水稻等作物抗寒中ABA的相关研究[J];耕作与栽培;2003年03期
2 李智念,王光明,曾之文;植物干旱胁迫中的ABA研究[J];干旱地区农业研究;2003年02期
3 陈瑞;王丽蓉;陆漓;张振先;张德颐;;水稻幼叶中与ABA亲和力强的结合蛋白[J];Journal of Integrative Plant Biology;1992年03期
4 赵春章;刘庆;姚晓芹;汪明;龚良春;;长期喷施ABA对云杉幼苗生长和生理特性的影响[J];植物学通报;2008年03期
5 刘仁梅;杨淑彬;;小麦内源ABA研究进展[J];现代农业科技;2010年15期
6 李巍;萧浪涛;;一种新型电流型免疫传感器的ABA最优测定条件研究[J];生物技术通报;2008年03期
7 邵玺文,孙长占,阮长春,韩立军,赵兰坡,胡耀辉;ABA浸种对水稻生长及产量的影响[J];吉林农业大学学报;2003年03期
8 董永华,史吉平,李广敏,韩建民,商振清;外施6-BA和ABA提高玉米幼苗抗旱能力的作用及效果[J];西北植物学报;1998年02期
9 汤日圣,张大栋,童红玉;高温胁迫对稻苗某些生理指标的影响及ABA和6-BA对其的调节[J];江苏农业学报;2005年03期
10 刘子会;张红梅;郭秀林;;ABA诱导的玉米保卫细胞胞质钙离子浓度的变化[J];中国农业科学;2008年10期
相关会议论文 前10条
1 刘春玲;彭新湘;郭振飞;;水稻对几种逆境的抗性与ABA的关系[A];中国青年农业科学学术年报[C];2002年
2 赵志光;陈国仓;张承烈;;活性氧和一氧化氮参与干旱胁迫诱导的小麦根尖ABA合成[A];西部地区第二届植物科学与开发学术讨论会论文摘要集[C];2001年
3 汤日圣;张大栋;童红玉;;高温胁迫伤害水稻秧苗及6-BA、ABA的调节作用[A];中国植物生理学会第九次全国会议论文摘要汇编[C];2004年
4 张蓉平;左彪;高杰;张丽;王新平;;分子水平研究AB及ABA型氟化嵌段共聚物甲苯溶液气液界面结构[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
5 郭振飞;刘娥娥;卢少云;陈慧萍;刘春玲;;水稻对几种逆境的多重耐性—与ABA的关系[A];中国植物生理学会全国学术年会暨成立40周年庆祝大会学术论文摘要汇编[C];2003年
6 蒋明义;;ABA诱导作物细胞抗氧化防护的信号转导研究[A];中国植物生理学会第十次会员代表大会暨全国学术年会论文摘要汇编[C];2009年
7 张晓枫;姜涛;王小芳;张大鹏;;ABA信号转导:ADR2拮抗ABAR-WRKY40信号通路[A];2011全国植物生物学研讨会论文集[C];2011年
8 王勇;陆旺金;张昭其;;ABA在果实采后领域的研究进展[A];中国园艺学会第五届青年学术讨论会论文集[C];2002年
9 陈其军;安瑞;秦治翔;陈珈;王学臣;;通过同时激活依赖于ABA和不依赖于ABA的逆境胁迫信号转导途径改善拟南芥和烟草的抗逆性[A];2004中国植物生理生态学学术研讨会论文摘要汇编[C];2004年
10 于晶;王兴;苍晶;;外源ABA、GA及6-BA对冬小麦抗寒性的影响[A];中国植物生理学会第十次会员代表大会暨全国学术年会论文摘要汇编[C];2009年
相关博士学位论文 前10条
1 孙永华;玉米ABA受体基因的选择性剪接及其在抗旱性方面的功能研究[D];中国农业科学院;2014年
2 吕天晓;拟南芥MAX2蛋白介导ABA信号及抗旱反应的分子机制[D];中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所);2015年
3 王晓苹;小ERF转录因子参与调控拟南芥对ABA和盐胁迫的响应[D];东北师范大学;2016年
4 刚爽;ABA对亚高温强光胁迫下番茄叶片光合作用影响及分子机制研究[D];沈阳农业大学;2016年
5 朱银华;拟南芥类受体激酶FLS2调控ABA和Flg22诱导气孔关闭的机制研究[D];中国农业大学;2017年
6 田晓杰;水稻ABA受体OsPYLs基因家族的鉴定和功能研究[D];中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所);2017年
7 张浩;ABA敏感性对拟南芥群体异速生长指数和个体相互作用的调控研究[D];浙江大学;2006年
8 王金香;ABA诱导的玉米(Zea mays L.)MAPK基因克隆、表达分析、定位及功能研究[D];南京农业大学;2009年
9 吕东;ATHK1参与ABA诱导气孔关闭的信号转导过程[D];河南大学;2012年
10 张艳艳;植物磷酶D、一氧化氮和过氧化氢在转导ABA、盐胁迫信号中的关系[D];南京农业大学;2007年
相关硕士学位论文 前10条
1 尹梅;油菜Bna.TTG2基因在ABA介导的种子萌发中的作用[D];华中农业大学;2015年
2 朱兰芳;ABA对水稻不同发育阶段光合作用调控及其机理分析[D];福建农林大学;2012年
3 郭贵华;长江下游水稻品种耐旱性比较及对外源ABA响应[D];南京农业大学;2014年
4 王东岭;ABA代谢关键基因调控桃休眠的分子机制研究[D];山东农业大学;2016年
5 顾建伟;光敏色素B介导的光信号调控水稻ABA反应的研究[D];郑州大学;2012年
6 邹兴建;干旱胁迫下不同倍性水稻的生理差异及ABA相关基因表达比较[D];四川农业大学;2010年
7 韩璐;OsABA8ox2-RNAi转基因水稻鉴定及ABA相关基因表达分析[D];哈尔滨师范大学;2014年
8 齐光;黑龙江省主栽水稻品种苗期耐冷鉴定及ABA对苗期耐冷的调节作用[D];东北农业大学;2008年
9 刘子会;干旱胁迫下玉米ABA和pH与钙信使的关系研究[D];河北师范大学;2004年
10 王英哲;低温胁迫下紫花苜蓿对外源SA和ABA的生理响应[D];吉林农业大学;2012年
,本文编号:1467909
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiyingongcheng/1467909.html