稻種資源抗旱性評價、基因發(fā)掘與耐旱機制研究.pdf

1、水稻（Oryza sativa L.）是最重要的糧食作物之一，全球一半以上人口以水稻作為主糧。但水稻抗旱性差，水稻生產(chǎn)耗水量大，隨著全球氣候變暖，干旱、高溫等極端環(huán)境氣候?qū)λ旧a(chǎn)造成了極大的威脅，因而研究水稻的抗旱性，培育節(jié)水抗旱稻尤為重要。
　　盡管水稻抗旱性研究已經(jīng)取得了重要進展，發(fā)現(xiàn)了一些抗旱基因，同時也培育了一些抗旱品種。但是水稻的抗旱性是復(fù)雜的數(shù)量性狀，而且水稻有多種不同的抗旱策略，因而關(guān)于水稻的抗旱性仍然有很多未解之

2、謎待我們?nèi)ヌ剿鳌?br>　　本研究嘗試兩種不同研究方法去發(fā)現(xiàn)一些新的水稻抗旱基因和探討水稻的耐旱機制:一、通過對水稻微核心種質(zhì)和節(jié)水抗旱核心資源的全基因組關(guān)聯(lián)分析，發(fā)掘水稻種質(zhì)資源中存在的抗旱性位點;二、利用轉(zhuǎn)錄組學和代謝組學相結(jié)合的方法探討水稻的耐旱機制。主要研究結(jié)果如下:
　　1.對270份種質(zhì)資源進行抗旱性鑒定，發(fā)現(xiàn)水稻的株高、生物量、單株產(chǎn)量、穗長、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、結(jié)實率、每穗穎花數(shù)、葉長、葉寬等表型性狀都顯著或極

3、顯著受到干旱脅迫的抑制，干旱脅迫使抽穗期極顯著延遲，而葉綠素含量（SPAD值）則是受到干旱脅迫誘導(dǎo)上升。
　　2.分別采用土壤水分梯度鑒定法、桶栽試驗法、“籃子”實驗法對14份綜合抗旱性較好的水稻品種進行復(fù)原抗旱性、耐旱性和避旱性鑒定，發(fā)現(xiàn)6個品種屬于避旱品種，3個品種屬于耐旱品種，1個品種屬于復(fù)原抗旱品種，2個粳稻品種同時具有較高的耐旱性和避旱性，2個秈稻品種同時具有避旱性、耐旱性、復(fù)原抗旱性。粳型旱稻品種IAC1246的綜合抗

4、旱性、避旱性與粳型旱稻品種IRAT109接近，但是耐旱性極顯著強于IRAT109。因而IAC1246既可以作為水稻耐旱性研究的遺傳材料，也可以作為水稻耐旱性改良的親本。
　　3.通過全基因組關(guān)聯(lián)分析定位到sd1、GH3-2、OsGA2ox3、OsSAP11/OsDOG、OsGNA1、OsCYP51G3、OsRRMh、OsPYL2、OsGA2ox9等控制株高、抗旱性的已知功能基因，在抗旱系數(shù)關(guān)聯(lián)位點附近發(fā)現(xiàn)了28個可能參與抗旱的候選

5、基因，其中，OsPYL2、OsGA2ox9與抗旱性或者根系發(fā)育有關(guān)。本研究對候選基因OsRLK5進行了基因敲除，突變體的失水速率更快;在干旱條件下，突變體的結(jié)實率、產(chǎn)量等相關(guān)性狀都顯著或者極顯著低于野生型。
　　4.IAC1246具有更強的滲透調(diào)節(jié)能力和抗氧化能力，在干旱脅迫條件下枯死葉率極顯著低于IRAT109，相對光合速率（旱/水）高于IRAT109，因而在干旱條件下形成較高的產(chǎn)量。通過轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)IRAT109水/旱處理間

6、的差異基因數(shù)量多于IAC1246，而且二者共有的差異基因只占少部分。KEGG富集分析表明，在嚴重干旱脅迫期間，IRAT109的差異基因被顯著富集在糖代謝和氨基酸代謝通路;而IAC1246的差異基因被顯著富集在谷胱甘肽代謝、黃酮和類黃酮合成代謝、抗壞血酸代謝、類胡蘿卜素代謝等抗氧化相關(guān)代謝通路。GO富集分析表明，不同時期IRAT109的差異基因都能被顯著富集到水通道活性相關(guān)基因，而IAC1246在任何時期的差異基因都不能富集這一GO分類。

7、表明在干旱脅迫期間IAC1246通過提高抗氧化能力來應(yīng)對干旱脅迫，而IRAT109則通過調(diào)節(jié)水分運輸來應(yīng)對干旱脅迫。
　　5.與光合作用相關(guān)的差異基因在兩個品種中存在明顯不同的調(diào)控模式。在干旱脅迫早期(Period I)絕大部分光合作用相關(guān)的差異基因在IAC1246中呈上調(diào)表達趨勢，而在IRAT109中呈下降表達趨勢。而且葉綠體基因在IAC1246和IRAT109中也呈現(xiàn)出類似于光合作用相關(guān)的差異基因的表達模式。
　　6.在