全基因組表達(dá)分析不同耐旱性水稻根系對(duì)不同強(qiáng)度干旱脅迫反應(yīng)研究.pdf

1、全世界每年因干旱而造成糧食生產(chǎn)損失巨大，但人們過多關(guān)注植物地上部對(duì)干旱的生理應(yīng)答，對(duì)地下部根系了解相對(duì)較少。且植物根系是植物地上部分賴以生存的基礎(chǔ)，因此對(duì)植物根系的研究有重要的意義。目前水稻抗旱性引起科學(xué)家的廣泛關(guān)注，但有關(guān)根系分子水平研究剛剛起步，根系相關(guān)基因的定位、克隆非常少，而且根系形態(tài)生理特性研究報(bào)道很少，因此，加強(qiáng)抗旱水稻的根系形態(tài)生理特性研究及其對(duì)干旱響應(yīng)的分子水平研究，將具有重要的基礎(chǔ)和應(yīng)用價(jià)值。
　　 使用水稻6

2、0K．基因芯片和實(shí)時(shí)PCR等高通量技術(shù)研究了2個(gè)生育期相近的秈稻品種在不同干旱脅迫強(qiáng)度時(shí)的全基因組差異，以期了解不同抗旱性水稻對(duì)同一種干旱脅迫和同一品種在不同干旱脅迫強(qiáng)度時(shí)的分子差異，實(shí)驗(yàn)主要結(jié)論如下：
　　 1．通過根體積、根粗、最長根長、側(cè)根長、根總長度，根系數(shù)量的多重比較和XX/XA（XX/XA，％，湘豐早119形態(tài)指標(biāo)的平均數(shù)/愛華5號(hào)形態(tài)指標(biāo)的平均數(shù)，％）值分析可知，湘豐早119的根系比愛華5號(hào)更長，更壯，根系更強(qiáng)健，

3、因此湘豐早119與愛華5號(hào)在幼苗時(shí)期耐旱性存在差異，湘豐早119為耐旱品種，愛華5號(hào)相對(duì)湘豐早119而言為敏感品種。這種耐旱性的差異為下一步分子水平研究2個(gè)品種在不同干旱脅迫下的差異提供了基礎(chǔ)。
　　 2．PEG-6000（聚乙二醇-6000）模擬干旱的情況下，根系形態(tài)指標(biāo)都呈現(xiàn)嚴(yán)重干旱（T3處理）抑制生長的趨勢(shì)，且敏感品種這種趨勢(shì)更為明顯。而輕度干旱（T1）對(duì)耐旱品種根系發(fā)育有促進(jìn)作用，對(duì)敏感品種或有促進(jìn)作用，或沒有大的影響，

4、中度干旱（T2）有類似的趨勢(shì)。
　　 3．篩選水稻品種耐旱性差異時(shí)，根體積、根粗、最長根長、根總長度、側(cè)根長是可以作為抗旱指標(biāo)。根系數(shù)量不適合作為抗/耐旱指標(biāo)，作為干旱脅迫響應(yīng)的敏感性指標(biāo)或許更合適。
　　 4．不同耐旱性品種幼苗根系各個(gè)生理指標(biāo)之間差異顯著，耐旱品種（湘豐早119）和敏感品種（愛華5號(hào)）的SOD（超氧物歧化酶）活性、POD（過氧化物酶）、根系活力受PEG濃度變化影響較大，耐旱品種與敏感品種差異顯著，耐旱

5、品種的增加幅度遠(yuǎn)大于敏感品種。耐旱品種和敏感品種的Pro（脯氨酸）含量和MDA（丙二醛）含量的變化趨勢(shì)也是隨著PEG濃度增大而增大，耐旱品種與敏感品種差異顯著，但是敏感品種的增加幅度遠(yuǎn)大于耐旱品種。因此MDA含量和Pro含量變化應(yīng)該作為反映逆境脅迫下植物受害程度的一種指標(biāo)，作為抗旱選擇指標(biāo)并不合適，作為脅迫敏感指標(biāo)應(yīng)該更合適。
　　 5．不同干旱處理時(shí)湘豐早中至少有一個(gè)差異的差異基因?yàn)?706個(gè)，愛華5號(hào)有2082個(gè)，全部至少有

6、一個(gè)差異的基因個(gè)數(shù)為3953個(gè)，其中2個(gè)品種所有干旱處理的重疊基因115個(gè)，數(shù)量眾多的基因在干旱脅迫下響應(yīng)表明植物對(duì)干旱逆境響應(yīng)非常復(fù)雜。
　　 6．愛華5號(hào)T1干旱處理下轉(zhuǎn)錄水平表達(dá)下調(diào)的基因主要是轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)相關(guān)基因、碳水化合物代謝相關(guān)基因、細(xì)胞壁幾丁質(zhì)代謝相關(guān)基因和蛋白質(zhì)磷酸化相關(guān)基因。表達(dá)上調(diào)的轉(zhuǎn)錄本主要是細(xì)胞壁組織和生物合成相關(guān)基因、代謝相關(guān)基因、蛋白質(zhì)折疊和磷酸化相關(guān)基因、水分響應(yīng)相關(guān)基因、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因、

7、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄相關(guān)基因等。T3干旱處理下轉(zhuǎn)錄水平表達(dá)下調(diào)的轉(zhuǎn)錄本主要是細(xì)胞凋亡相關(guān)基因、碳水化合物代謝相關(guān)基因、細(xì)胞壁代謝相關(guān)基因、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄相關(guān)基因等。表達(dá)上調(diào)的轉(zhuǎn)錄本主要是代謝相關(guān)基因、細(xì)胞壁組織和生物合成相關(guān)基因、光合作用調(diào)節(jié)相關(guān)基因、蛋白質(zhì)折疊和磷酸化相關(guān)基因、水分響應(yīng)和氧化應(yīng)激相關(guān)基因、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄相關(guān)基因等。
　　 7．湘豐早119在T1處理時(shí)轉(zhuǎn)錄水平下調(diào)的基因主要是生物合成相關(guān)的基因、蛋白質(zhì)代謝和碳

8、水化合物代謝相關(guān)的基因、細(xì)胞壁代謝相關(guān)的基因、DNA修復(fù)相關(guān)基因、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因、節(jié)瘤相關(guān)基因、蛋白質(zhì)折疊、轉(zhuǎn)運(yùn)和磷酸化相關(guān)基因、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)相關(guān)基因、水分響應(yīng)相關(guān)基因。上調(diào)的基因主要是碳水化合物代謝相關(guān)基因、細(xì)胞內(nèi)代謝相關(guān)基因、鋅離子、鈉離子和脂類、蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因、依據(jù)DNA的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)相關(guān)基因。T3干旱處理下轉(zhuǎn)錄水平下調(diào)的基因主要是碳水化合物代謝相關(guān)的基因、細(xì)胞壁代謝相關(guān)基因、DNA損傷修復(fù)、脂肪酸、氧化脂類物的生物合成相關(guān)基因、蛋白質(zhì)水

9、解和酶活負(fù)調(diào)節(jié)相關(guān)基因、氮素利用調(diào)節(jié)相關(guān)基因、鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因。上調(diào)的基因主要是細(xì)胞壁組織和生物合成相關(guān)基因、DNA損傷修復(fù)相關(guān)基因、多糖、蘋果酸等碳水化合物代謝相關(guān)基因、蛋白質(zhì)折疊和修飾相關(guān)基因、依賴DNA的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和生長素調(diào)節(jié)信號(hào)途徑相關(guān)的基因、水分響應(yīng)相關(guān)基因、脂類轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因、雙組分信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)相關(guān)基因。
　　 8．湘豐早119與愛華5號(hào)在T1處理時(shí)的響應(yīng)途徑差異主要表現(xiàn)為湘豐早119在氧、電子轉(zhuǎn)運(yùn)、木聚糖、蘋果酸和幾

10、丁質(zhì)代謝、蛋白質(zhì)折疊、抗生素生物合成和依賴DNA的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)等方面的相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平表達(dá)活性顯著的低于愛華五號(hào)，響應(yīng)內(nèi)源刺激和淀粉代謝的相關(guān)基因表達(dá)顯著的高與愛華5號(hào)。湘豐早119與愛華5號(hào)在T2處理時(shí)的響應(yīng)途徑的差異與湘豐早119與愛華5號(hào)在T1處理時(shí)的響應(yīng)途徑的差異類似，不同的地方主要表現(xiàn)為在T2處理時(shí)湘豐早119的組蛋白脫乙酰化酶相關(guān)基因、精氨酸代謝和多胺的生物合成相關(guān)基因表達(dá)顯著下降，而茉莉酸生物合成相關(guān)基因和ABA生物合成相關(guān)基