蛋白二硫键异构酶基因沉默和超表达对水稻高温结实和品质性状影响
蛋白质二硫键异构酶(Protein Disulfide Isomerase，PDI)是广泛存在于真核类生物中的一种多功能酶蛋白，它参与催化二硫键间的氧化还原反应、重排错配二硫键，帮助新生肽的合成、加工和运输，催使成熟多肽正确折叠，不仅与植物籽粒器官的氮代谢存在较密切联系，而且在植物响应逆境胁迫的有关生理过程中起重要作用。本文以日本晴为受体材料，分别构建了PDI基因沉默和超表达载体，并通过愈伤组织转化获得了转基因植株，对PDI基因沉默和超表达后的水稻植株表型、结实性状和部分重要品质指标进行了测定;在此基础上，通过人工控温处理试验，对PDI基因沉默和超表达载体后的有关基因表达变化及其与水稻耐热生理指标间的关系进行了研究分析。本研究主要内容包括： ⑴对水稻PDI基因的生物信息分析表明，PDI基因的保守性很高，尤其是其起催化作用的功能结构域a和a'异常保守，以野生型日本晴籽粒为材料，通过RNAi技术和超表达技术，分别构建了pTCK303-RiOsPDI和pTCK303-OsPDI载体，经农杆菌介导转化获得转基因植株;通过对其潮霉素（Hyg）抗性基因的PCR鉴定，证实靶基因已整合到日本晴的基因组;对转基因阳性植株的半定量RT-PCR和荧光定量PCR检测结果表明，靶基因在PDI沉默植株不同器官中的表达量均显著降低，尤其是在籽粒中的表达水平受到明显抑制，而超表达则会引起靶基因在水稻籽粒等器官的表达量有所提升，在水稻籽粒灌浆不同时期的相对表达量均显著高于野生对照日本晴，表明本文获得的PDI沉默和超表达转基因水稻对靶基因的抑制或超表达效果明显。进一步对转基因T2代植株的结实特性和部分重要品质指标的测定结果表明，PDI沉默水稻的千粒重有所下降，垩白米率和垩白度升高;但其籽粒总蛋白含量、直链淀粉含量和蛋白组分（清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白）含量与野生对照之间的差异不甚明显。与野生对照相比，PDI沉默植株的总蛋白含量有所下降，直链淀粉含量上升，四种蛋白组分含量也产生一定变化。 ⑵以转基因T2代植株为材料，通过在不同温度处理下的水稻籽粒动态取样，对PD1沉默和超表达后，水稻籽粒灌浆过程中的部分重要热激蛋白类基因的转录表达和有关生理指标及其对高温胁迫的响应差异，结果表明，高温胁迫会诱导PDI基因的上调表达，与此同时，稻米垩白米率和垩白度也会显著上升，供试材料(PDI沉默、超表达与野生对照日本晴)表现出相似的变化趋势，但PDI沉默会降低水稻的耐热特性，其在高温胁迫下的结实率下降幅度大于其野生型对照和超表达植株，其遭遇高温胁迫处理后的垩白米率和垩白度增加幅度也相对较大;PDI沉默会引起水稻发育籽粒中Bip、Hsp70和Hsp90等热激蛋白基因表达量呈不同程度提升，尤其是对Bip基因的转录表达量影响较大，表现出较明显的“互补效应”，而PDI的超表达则会在一定程度上抑制Bip基因的转录表达，但不及PDI沉默对热激蛋白类基因的影响明显;此外，PDI的沉默和超表达对水稻在高温胁迫下籽粒灌浆过程中的可溶性蛋白、MDA和脯氨酸积累也会产生一定的影响，但相互关系较复杂。
水稻种植;高温胁迫;稻米品质;作物生理学
浙江大学
硕士
作物学
程方民
2015
中文
S511.01;S311
81
2015-09-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）