水稻热激转录因子OsHsf18调控植物抗生物胁迫与非生物胁迫的功能机制研究

发布时间：2020-04-25 22:28

【摘要】：水稻是人类赖以生存的重要粮食作物之一,但其种植环境呈日益恶化的趋势,如遭受生物胁迫和非生物胁迫。在长期的进化过程中,水稻已经产生了一系列响应逆境胁迫的机制,水稻中的热激转录因子(Heat shock transcription factor,HSF)位于胁迫响应基因表达信号转导链的末端,可以特异性地结合高度保守的热激元件(Heat shock element,HSE)5’-nGAAn-3’,进而与其他转录因子聚集共同形成转录复合体来调控热激蛋白(Heat shock protein,HSP)和抗逆相关基因的表达。本论文从以下三方面研究了水稻体内的热激转录因子OsHsf18的功能:分析了OsHsf18在抗非生物胁迫中的功能;研究了OsHsf18在抗病反应中的作用;对OsHsf18过量表达(OsHsf18-OX)植株在高温处理后进行了RNA-Seq和CHIP-Seq检测、分析与验证。主要结果如下:1.鉴定并获得了稳定遗传的OsHsf18-OX和OsHsf18-RNAi转基因株系。2.对OsHsf18-OX/RNAi株系和野生型日本晴(Nipponbare,NPB)进行高温、干旱、高盐和低温逆境处理后,OsHsf18基因能被以上非生物胁迫诱导表达,且OsHsf18-OX植株提高了对上述非生物胁迫的抗性,说明OsHSF18正调控植物的抗逆性。3.对OsHsf18-OX/RNAi株系和野生型NPB进行稻瘟病菌接种,接种后OsHsf18-OX植株中抗病相关基因PR1a、PR10和WRKY45的表达量明显低于野生型,且其病斑比OsHsf18-RNAi株系和野生型NPB两种材料都大,而OsHsf18-RNAi植株发病程度最低,且接种后植株体内PR1a、PR10和WRKY45的表达量高于野生型。4.对OsHsf18-OX/RNAi株系和野生型NPB进行白叶枯菌接种,接种后OsHsf18-OX植株体内抗病相关基因PR2和WRKY45的表达量显著高于野生型,且其病斑最小,OsHsf18-RNAi植株发病程度最严重,且PR2和WRKY45的表达量低于野生型,病株叶片上的菌落数统计也证明OsHsf18-OX体内的白叶枯病菌数最少,野生型次之,RNAi植株体内最多。5.对OsHsf18-OX材料进行42℃高温处理,以未处理的OsHsf18-OX材料作为对照进行RNA-Seq和CHIP-Seq,RNA-Seq获得了6024个上调差异表达基因,6927个下调差异表达基因,CHIP-Seq中获得4447个上调Peak相关基因,2243个下调Peak相关基因,结合二者的Pathway显著性富集分析,预测OsHsf18调控热胁迫响应的基因主要参与植物-病原体相互作用、植物激素信号转导、乙醛酸和二羧酸代谢、抗坏血酸代谢等通路。为了验证上述结果,我们通过RT-qPCR随机挑选了多个基因做验证,结果表明植物-病原体相互作用、植物激素信号转导、乙醛酸和二羧酸代谢、抗坏血酸代谢等通路途径基因参与了OsHsf18调控水稻抗生物胁迫和非生物胁迫反应。
【图文】：

WT OX4-3 OX5-4 OX12-1图 2.1 OsHsf18-OX 转基因幼苗潮霉素抗性鉴定Fig. 2.1 Identication of Hygromycin resistance of OsHsf18-OX transgenic seedlings注：OX4-3、OX5-4 和 OX12-1 是 3 个不同的转基因过表达株系WT RNAi2-5 RNAi5-8 RNAi18-1图 2.2 OsHsf18-RNAi 转基因幼苗 Basta 抗性鉴定

WT OX4-3 OX5-4 OX12-1图 2.1 OsHsf18-OX 转基因幼苗潮霉素抗性鉴定Fig. 2.1 Identication of Hygromycin resistance of OsHsf18-OX transgenic seedlings注：OX4-3、OX5-4 和 OX12-1 是 3 个不同的转基因过表达株系
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511

【参考文献】

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本文编号：2640757