水稻低砷品种的筛选以及OsPTR7基因功能的鉴定

发布时间：2019-09-23 10:31

【摘要】：水稻是重要的粮食作物,东南亚地区是全球消费稻米最多的地区,包括缅甸、越南、老挝、柬埔寨等,缅甸人均消费水稻可达到650 g/person/d的水平。在我国,人体摄入的无机砷约60%来源于大米。近些年受人类活动的影响,多地出现了水体或土壤砷(As)污染的现象,土壤中As的存在较为持久,土壤中的As通过作物的吸收能够在作物中积累,这个问题对于水稻更为严峻。因为水稻生长在长期淹水或间歇性淹水的环境中,淹水过程中As的活性较高,水稻籽粒中积累的As的含量较小麦多10倍。淹水环境下As主要存在的形态是三价砷[As(Ⅲ)]。目前关于水稻吸收、运输As(Ⅲ)的机制较为清楚,参与As(Ⅲ)吸收和转运的基因包括Lsi1,Lsi2,OsBCC1,参与As(Ⅲ)解毒的机制是As(Ⅲ)通过与PC络合隔离在液泡中。但比较多个水稻品种的As积累差异的研究较少,筛选、比较籽粒低砷积累水稻遗传材料的研究也较少。本研究中通过温室水培及大田试验的方式研究了 24个水稻品种根系、地上部和籽粒积累As的差异,分别通过根吸收率(root absorption factors,RAI)和地上部/根的转运率(shoot to root transfer factors,TFs)比较了这24个水稻品种根吸收As的能力和根向地上部转运As的能力,同时比较了不同试验条件下24份水稻不同部位As含量的相关性。以此对24份水稻种质资源材料进行砷含量变异分析,筛选籽粒低砷积累水稻育种候选材料。淹水土壤环境中As主要存在的形态是As(Ⅲ),但水稻籽粒中As的主要形态是三价砷[As(Ⅲ)]和二甲基砷酸(DMA),水稻中是否存在高效运输DMA的机制呢?前期蛙卵异源表达研究结果表明水稻多肤转运蛋白基因PTR家族的OsPTR7基因具有转运DMA的活性。本课题对OsPTR7基因的结构、表达模式、系统发育和OsPTR7跨膜结构进行了生物学信息分析。通过GFP载体构建获得OsPTR7基因的亚细胞定位结果。通过T-DNA插入突变体材料研究了 OsPTR7的生物学功能,进行了一系列的野生型和osptr7突变株水稻生理指标的比较,包括水稻地上部和根中总As的含量,木质部汁液As的含量,不同叶片As的含量,地上部和根中氮的含量,地上部氨基酸的含量,以及籽粒中As的含量。本文获得的主要结果包括:1、初步鉴定结果显示水稻品种423是低砷积累水稻,其根、地上部和籽粒中As的含量都较其他的水稻品种低。水稻品种423砷积累低的可能原因是根吸收As的能力弱。2、OsPTR7有10个跨膜结构区域,这个区域被一个亲水区域分隔为两组。OsPTR7基因与玉米的ZmMRT1基因同源性最高,但目前还没有ZmNRT1基因的研究结果。OsPTR7定位在质膜上,(OsPTR7具有跨膜运输活性。OsPTR7基因在地上部的表达量比根中的表达量高10倍以上,此外OsPTR7基因的表达受As(Ⅲ)的诱导,在As(Ⅲ)处理4 h的时候诱导作用最强。3、10 μM DMA处理3 d后突变株0sptr7-1地上部和根积累的As比野生型DongJin低,2 μM DMA处理3 d后突变株osptr7-1地上部和根积累的As没有差异。突变株osptr7-2与野生型Nipponbare地上部和根中积累的As没有差异,这可能是osptr7-2突变株OsPTR7基因没有完全敲除导致的。OsPTR7基因的敲除没有引起突变株和野生型水稻中氮和氨基酸含量的差异。4、在海南大田中种植的突变株osptr7-1与osptr7-2收获的籽粒中As的累积较野生型DongJin与Nipponbare低。OsPTR7基因可能参与了 As向籽粒中运输。综上所述,水稻品种423是As积累较低品种。基因OsPTR7发挥着运输DMA的功能,但作用较小,水稻中还存在着其他基因调控着DMA的运输。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S511

【参考文献】