水稻乙二醛酶及木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶基因的生物學(xué)功能研究.pdf

1、乙二醛酶I(glyoxalaseI，GLYI)是乙二醛代謝途徑的重要組成部分。在各種生物體中，約有61個GLY I序列被鑒定和報道。在植物中，GLY I被證實與非生物脅迫有關(guān)。在水稻中約有11個GLY I基因家族成員，但關(guān)于水稻GLY I的功能研究尚未見報道。
　　本研究應(yīng)用反向遺傳學(xué)的手段，從水稻中克隆得到OsGLYI10基因。生物信息學(xué)分析表明，該基因編碼了209個氨基酸，第49-171位氨基酸為乙二醛酶Ⅰ(Glyoxalas

2、eⅠ)保守結(jié)構(gòu)域。同源性比對顯示，OsGLYI10基因在多種物種中（包括單子葉植物、雙子葉植物）均有高同源基因。
　　對OsGLYI10基因的組織（器官）特異性及脅迫誘導(dǎo)表達結(jié)果顯示，OsGLYI10基因在粳稻品種日本晴成年植株各主要組織（器官）具有組成性表達，但在不同組織中差別明顯，葉片中表達量最高，其次為穎花。500 mM甘露醇、250mM氯化鈉、25mM氯化鋅處理均可誘導(dǎo)OsGLYI10表達水平升高，其中在25mM氯化鋅脅迫

3、后最為明顯，其次為250mM氯化鈉、25mM氯化鋅，其基因表達水平分別為未誘導(dǎo)處理的3.6、2.6、2.2倍。
　　以日本晴幼苗cDNA為模板，通過巢式PCR擴增，獲得了OsGLYI10目的片段，構(gòu)建了過量表達載體PHB-OsGLYI10，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，獲得了OsGLYI10過量表達的轉(zhuǎn)基因株系。選取了其中的3個株系進行表型分析，其基因表達水平及酶活性水平分別為野生型的1.8、3.5、8.3及1.1、1.3、1.4倍。田間農(nóng)藝

4、性狀測量結(jié)果顯示，過量表達株系結(jié)實率及單株產(chǎn)量顯著高于野生型日本晴，而其它農(nóng)藝性狀無顯著差異，表明過量表達水稻OsGLYI10基因可以通過提高水稻結(jié)實率進而提高水稻產(chǎn)量。
　　幼苗耐逆性分析表明，水稻 OsGLYI10基因具有增強水稻耐逆性的功能。過量表達株系幼苗對氯化鈉、氯化鋅和甘露醇的耐逆性增強；在不同濃度的脅迫處理中，過量表達株系幼苗的生長狀況均好于野生型；在20mM NaCl的土壤中生長50天的，野生型完全枯死，過表達株系

5、生長情況明顯優(yōu)于野生型；將各株系葉盤浸泡在高濃度NaCl溶液中，過表達株系的葉綠素含量也極顯著地高于野生型。在逆境脅迫下，OsGLYI10過量表達的轉(zhuǎn)基因株系體內(nèi)甲基乙二醛（methylglyoxal、MG）、丙二醛（MDA）含量明顯低于野生型日本晴，并且隨著基因表達量的增高而降低。表明OsGLY I10賦予了水稻催化甲基乙二醛與谷胱甘肽縮合反應(yīng)的能力，從而降低了逆境脅迫對水稻植株構(gòu)成的傷害。
　　木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶/水解酶（x

6、yloglucan endotransglucosylase/hydrolase，XTH）在雙子葉植物細胞細胞壁（類型Ⅰ細胞壁）形成中具有重要作用。原來通常認為，在水稻等單子葉植物（類型Ⅱ細胞壁）中，XTHs的含量不會很豐富，但隨著水稻全基因組測序得以完成，發(fā)現(xiàn)水稻中共有29個基因編碼水稻 XTH（OsXTH），接近于擬南芥中的AtXTH基因數(shù)量（33個），并發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的OsXTH的基因?qū)嶋H上都被轉(zhuǎn)錄。但其具體功能尚不清楚。本文選擇水稻

7、OsXTH19進行了研究。
　　通過分析OsXTH19基因的組織（器官）特異性及脅迫誘導(dǎo)表達。結(jié)果顯示，OsXTH19基因在粳稻品種日本晴成年植株各主要組織（器官）具有組成性表達，但在不同組織中均有不同程度的表達。IAA、GA3等激素誘導(dǎo)使OsXTH19基因的表達量增加，其中IAA誘導(dǎo)表達最為明顯。
　　應(yīng)用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，獲得了OsXTH19過量表達的轉(zhuǎn)基因株系，并與野生型日本晴比較，進行表型分析。結(jié)果顯示，OsXTH19過

8、表達株系在正常生長情況下，生長速度快于野生型，對 GA3、IAA的響應(yīng)強度強于野生型，表明這個基因與植物生長有關(guān)。在鹽脅迫下，OsXTH19過表達株系的生長情況明顯好于野生型，其丙二醛（MDA）含量低于野生型，表明OsXTH19基因的過量表達可以提高水稻的耐鹽性。
　　OsXTH19過表達株系莖桿的纖維素、半纖維素、硅含量、莖桿拉斷力顯著（或極顯著）地低于野生型(WT)，并與OsXTH19基因表達水平呈負相關(guān)。表明OsXTH19基