盐胁迫的非洲水稻幼苗蛋白质组分析和MYB转录因子（OsMybcc-1）参与水稻种子萌发的研究

发布时间：2020-05-22 00:25

【摘要】：多年以来,水稻已经成为世界上近乎一半人口的主食,是仅次于玉米的第二大粮食作物。据估计,到2050年,世界人口将会激增到98亿,因此迫切需要增加粮食产量来养活不断增长的人口。然而,粮食生产面临诸多挑战,例如有限的耕地、干旱、盐化、极端温度以及生物胁迫等。因此,需要培育出能够耐受现有环境条件并且保持高产的农作物。盐胁迫是威胁未来农业生产和自然生态系统的主要非生物胁迫之一。植物在生长初期更容易受到生物和非生物胁迫。在本研究中,我们首先研究了来自肯尼亚的28份水稻样品幼苗对盐胁迫的响应机制,目的是了解水稻苗期盐胁迫下的蛋白质动力学。主要结果如下:1.不同水稻幼苗在500mMNaC1条件下处理,然后将它们分为盐敏感型、中等盐敏感型和耐盐型。2.选择敏感组(S)和耐盐组(T)在300mM NaC1条件下分别处理0、1和3天后,从根中提取蛋白质并进行蛋白质组分析。在耐盐组和敏感组中分别鉴定到434个和401个可靠的总蛋白。单因素方差分析结果显示T和S样品组中分别有104个和102个显著表达的蛋白,其中13个蛋白在两组中均有表达。3.本研究鉴定到了参与氧化还原过程、盐胁迫应激反应和信号传导过程的蛋白,它们的表达在耐盐样品和敏感样品之间存在差异。此外,我们还对水稻种子萌发进行了深入的研究,种子萌发受内源和外源因素共同调控,是保证以其作为唯一繁殖方式的植物生命延续的关键过程。水稻种子的高效萌发是保证秧苗健壮及植株健康发育的必要条件。α-淀粉酶具有次生碳水化合物结合位点是主要类型的淀粉酶,是被子植物生长发育和生命周期中的关键酶。在水稻种子成熟过程中,淀粉酶同工酶是催化淀粉粒形成的关键酶。而在水稻种子萌发过程中,催化种子内贮藏淀粉代谢,为幼苗的生长发育提供营养物质,将直接影响植株的生长和田间产量。α-淀粉酶(RAMY1A)在水稻种子萌发过程中高度表达,其受植物激素(GA和ABA)和多种转录因子的双重调控。之前的研究表明,在种子萌发48小时内,RNA和蛋白质水平的积累都有所增加。因此,我们对α-淀粉酶进行了深入的研究,以了解其在水稻和其它作物中的分类、结构、表达特性及表达调控。1.在10种水稻淀粉酶种,绝大多数在发育的种子胚中表达,且在种子萌发过程中诱导表达。在水稻种子萌发过程中,α-淀粉酶基因的表达在胚胎中受糖负调控,而在胚乳中则被赤霉素(GA)通过竞争性地结合到特定的启动子区域而正向调控,此外该基因还受到一系列非生物或生物因素的控制,如盐度。2.前期的酵母双杂实验已经筛选出一个新的转录因子(OsMybcc-1),其调控α-淀粉酶的表达。在本研究中,我们进一步探讨了该转录因子对RAMy1A基因的调控,以及其在水稻种子萌发和生长过程中发挥的重要作用。我们筛选出突变体纯合体OsMybcc-1,回补OsMybcc-1和构建了过表达转基因水稻。3.通过对水稻野生型、OsMybcc-1突变体、OsMybcc-1回补、OsMybcc-1过表达植株的比较研究,我们发现OsMybcc-1突变体除了种子萌发缓慢外,在成熟时表现出半矮化。结合qRT-PCR结果,证实该转录因子参与了赤霉素的响应途径。4.通过对α-淀粉酶活性的定性和定量分析,结果表明OsMybcc-1转录因子直接参与α-淀粉酶的调控表达,转录因子的突变导致α-淀粉酶活性降低。此外,本研究综述了 α-淀粉酶在种子萌发中的研究进展,并且反思如何深入研究将可能阐明α-淀粉酶的调控机制,以及如何将其作为促进作物育种的有效的生物标志。这些结果表明转录因子直接参与促进水稻种子萌发和生长。因此,本研究为种子萌发和幼苗时期对非生物胁迫的响应提供了重要信息。总的来说,通过操纵转录因子提高参与种子萌发基因的表达可以增强种子的萌发,以及从蛋白质组动态研究中鉴定到耐非生物胁迫的基因。这些转基因水稻具有较高的发芽率、较强的营养生长能力,能够承受非生物胁迫,最终获得较高的产量,从而保证了粮食的可持续生产。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院武汉植物园)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S511

【相似文献】