水稻葉表皮蠟質(zhì)發(fā)育及蠟質(zhì)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因OsWTF1和OsWTF2的克隆與鑒定.pdf

1、植物能夠適應(yīng)外界環(huán)境的變化并生存下來的一個(gè)重要機(jī)制是分泌蠟質(zhì)到植物角質(zhì)層表面，充當(dāng)植物阻擋紫外輻射及病蟲害侵蝕的第一道屏障，并能降低植物的非氣孔性水分喪失，有研究表明，表皮蠟質(zhì)含量與植物抗逆性呈正相關(guān)。而轉(zhuǎn)錄因子是調(diào)控植物生長發(fā)育和逆境應(yīng)答過程中的重要成員，能同時(shí)調(diào)控同一性狀相關(guān)多個(gè)基因的表達(dá)，操縱一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子就可通過它促使多個(gè)功能基因發(fā)揮作用從而使植株性狀獲得綜合改良，顯示出操縱轉(zhuǎn)錄因子比操縱功能基因巨大的優(yōu)越性，因而近年來對轉(zhuǎn)錄因子

2、特別是逆境相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的研究成為熱點(diǎn)。 本研究對水稻葉片發(fā)育過程中表皮蠟質(zhì)的積累進(jìn)程進(jìn)行了系統(tǒng)的觀察，發(fā)現(xiàn)在水稻各部位暴露到外界環(huán)境之前，水稻的表皮蠟質(zhì)就基本完成其發(fā)育以備適應(yīng)外界的環(huán)境。水稻葉片表皮蠟質(zhì)的部位發(fā)育程序?yàn)橛扇~尖往下依次發(fā)育的順序；葉腹面比葉背面發(fā)育早，蠟質(zhì)晶體積累多；全展葉期葉片蠟質(zhì)晶體積累達(dá)到高峰，與全展葉開始全面行使葉片的功能相適應(yīng)。到了成熟末期，葉片表皮蠟質(zhì)從葉片邊沿向中心開始崩潰退化。 為了研究水

3、稻表皮蠟質(zhì)與水稻抗逆性的關(guān)系，本研究總結(jié)了一套簡單的水稻蠟質(zhì)提取方法并對不同品種水稻在正常生長條件的表皮蠟質(zhì)積累情況以及逆境條件下表皮蠟質(zhì)的變化情況進(jìn)行了比較研究。發(fā)現(xiàn)以氯仿為溶劑，在60℃，30s的條件下高溫短時(shí)間內(nèi)浸提是非常有效的水稻表皮蠟質(zhì)提取方法。正常生長條件下，表皮蠟質(zhì)分布的密集程度為旱209>日本晴>9311，蠟質(zhì)晶體的大小為9311>旱209>日本晴，而提取的蠟質(zhì)含量為旱209>9311>日本晴。說明水稻葉片表皮蠟質(zhì)在葉面

4、上分布越廣泛，覆蓋率越高，則水稻的保水能力越強(qiáng)，水稻的抗旱性也越強(qiáng)。適當(dāng)劑量的紫外和干旱處理能提高水稻表皮蠟質(zhì)的含量，表明水稻葉片表皮蠟質(zhì)的產(chǎn)生是一個(gè)積極的、可調(diào)控的過程。 通過與擬南芥蠟質(zhì)代謝轉(zhuǎn)錄因子基因的序列同源性比較，找到兩個(gè)在水稻中同源性較高的基因序列，命名為OsWTF1和OsWTF2。生物信息學(xué)分析表明，OsWTF1和OsWTF2都含有單個(gè)AP2保守結(jié)構(gòu)域，歸屬于轉(zhuǎn)錄因子家族AP2/ERF超家族ERF亞家族成員；啟動(dòng)子

5、部位包含大量調(diào)控植物部位特異基因表達(dá)和逆境應(yīng)答基因表達(dá)的順式作用元件，推測OsWTF1和OsWTF2與水稻的逆境應(yīng)答調(diào)控相關(guān)。利用GUS融合表達(dá)研究OsWTF1和OsWTF2的部位表達(dá)，發(fā)現(xiàn)OsWTF1和OsWTN2在水稻的根、莖、葉、鞘、幼穗中都有表達(dá)；比較而言，OsWTF1在生殖生長期的表達(dá)強(qiáng)，在營養(yǎng)生長期表達(dá)弱，而OsWTF2在水稻營養(yǎng)生長期的表達(dá)強(qiáng)，在生殖生長期表達(dá)弱。利用RACE方法獲得OsWTF1全長cDNA，從日本購得Os

6、WTF2全長cDNA，并構(gòu)建OsWTF1和OsWTF2過表達(dá)載體和OsWTF2的RNAi表達(dá)載體，分別轉(zhuǎn)入水稻中獲得轉(zhuǎn)基因植株。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)OsWTF1、OsWTN2的過表達(dá)植株的株型矮小，育性降低，花粉形態(tài)發(fā)生改變，葉片表皮蠟質(zhì)晶體明顯增厚，表皮刺毛數(shù)量減少，葉綠素浸提率降低，表明OsWTF1和OsWTF2可能參與水稻表皮蠟質(zhì)的生物合成并對水稻抗旱性具有積極作用；而導(dǎo)致表皮蠟質(zhì)表達(dá)沉默的轉(zhuǎn)基因植株暫未得到，可能表皮蠟質(zhì)的表達(dá)是一個(gè)多基因控制