水稻抑草作用關鍵基因的分子生態(tài)機制研究.pdf

1、水稻是世界上重要的糧食作物之一,其3％-4％的種質資源能夠通過化感作用抑制伴生雜草的生長。酚酸類次生代謝物是水稻起化感作用的一類主要物質,此類物質的合成受植物苯丙烷代謝的第一個關鍵酶一苯丙氨酸解氨酶(PAL)所調控。逆境條件下,化感水稻的PAL酶活性增強,化感潛力提高；差異表達基因分析結果顯示化感水稻2號染色體的第一個PAL(PAL-21)基因上調表達,可能參與上述分子生理過程。為了進一步證實PAL-21基因對水稻化感作用的調控作用,本

2、研究利用RNA干擾(RNAi)技術,抑制化感水稻P1312777的PAL-21表達,通過半定量PCR和實時熒光定量PCR(qRT-PCR)分析轉基因水稻的PAL-21基因表達,結果顯示轉基因水稻與未轉基因的野生型相比PAL-21基因表達量降低,且PAL酶活較野生型水稻也明顯下降,此結果表明了轉基因水稻的PAL-21基因沉默的有效性；進一步分析PAL-21基因表達量下降后,化感水稻PAL-21基因家族其它基因成員的表達情況,結果發(fā)現(xiàn)還有4

3、個PAL基因成員發(fā)生不同程度的下調表達,此外還有4個上調表達,綜合比較發(fā)現(xiàn)PAL-21下調的倍數最大,達5.3倍。進一步以陽性轉基因材料和野生型水稻為材料,采用qRT-PCR技術分析稗草脅迫下,兩種水稻苯丙氨酸代謝其余的關鍵酶,包括輔酶A連接酶、O-甲基轉移酶、肉桂酸-4-羥化酶、羥化酶、肉桂酰輔酶A和肉桂酸脫氫酶基因的表達情況,結果表明抑制化感水稻PAL-21的表達后轉基因化感水稻的酚酸類合成關鍵基因都下調表達,而相同處理下的野生型化

4、感水稻的上述酶基因都上調表達；此外,轉基因水稻根系總酚含量也顯著低于野生型。采用高效液相色譜(HPLC)檢測了水稻根系分泌物中主要酚酸類物質的含量,結果也發(fā)現(xiàn),稗草脅迫下轉基因化感水稻根系分泌的酚酸類物質顯著低于野生型水稻,將此根系分泌收集并結合生物測試法評價化感潛力,結果表明轉基因化感水稻的化感潛力也明顯低于野生稻水稻,上述結果綜合說明通過PAL-21能夠調控水稻的化感抑草潛力,研究結果也為應用分子栽培技術培育高化感潛力水稻品種提供理