摘要: 干旱和高盐胁迫是严重制约水稻生长发育和产量的两大不利因素。以往水稻逆境相关基因的研究更多集中在分离和鉴定胁迫下诱导表达的基因及其作用的分子机制;而对于胁迫抑制表达的基因，研究者往往将其忽略，对它们在水稻干旱和高盐响应中的作用机理更是... 展开 干旱和高盐胁迫是严重制约水稻生长发育和产量的两大不利因素。以往水稻逆境相关基因的研究更多集中在分离和鉴定胁迫下诱导表达的基因及其作用的分子机制;而对于胁迫抑制表达的基因，研究者往往将其忽略，对它们在水稻干旱和高盐响应中的作用机理更是知之甚少。已有研究表明，水稻对干旱和高盐胁迫的适应是众多胁迫诱导基因和胁迫抑制基因协同调控的结果，可见胁迫抑制基因在水稻干旱和高盐胁迫中同样发挥着重要作用，因此解析胁迫抑制基因的生物学功能有助于更好地理解水稻抗逆性的系统作用机制。 DUF966基因家族是一类未知功能的基因家族，该家族基因广泛分布于植物中，其中水稻中有7个成员，它们编码的蛋白中包含1-2个高度保守的未知功能结构域DUF966。公共芯片数据显示该家族多个基因受非生物胁迫的抑制表达，暗示它们可能在水稻非生物胁迫应答中起着重要作用。为此，本研究选择了2个DUF966家族基因OsDSR2和OsDSR6，主要针对它们在水稻干旱和高盐响应中的作用进行了深入研究。主要结果如下: OsDSR2基因编码372个氨基酸，它编码的蛋白包含1个DUF966结构域，亚细胞定位于细胞核。qRT-PCR检测结果表明OsDSR2基因主要在茎和叶片中表达，而GUS活性检测表明该基因在OsDSR2启动子融合GUS表达的转基因植株的茎和叶枕中表达较强，显示出一定的组织表达特异性;OsDSR2的表达受干旱、低温和H2O2的抑制;另外，ABA、MeJA、SA、GA3和IAA等多个激素也抑制它的表达。OsDSR2超量表达转基因植株的抗逆性分析表明，在高盐处理下，转基因植株幼苗株高、根数和鲜重均明显低于对照，显示出对高盐的敏感性;转基因植株还对模拟干旱（PEG渗透胁迫）敏感性增强，表现为它的株高、根长、根数和鲜重均显著低于对照;对转基因植株叶片进行了脱水处理，结果表明它的失水速率明显高于对照，其对应的相对含水量显著低于对照，进一步说明了转基因植株增加了对干旱的敏感性;OsDSR2超量表达转基因幼苗对ABA敏感性下降，它的株高和根长受ABA抑制程度都显著低于对照;对转基因植株进行基因表达谱分析，结果显示所有的胁迫响应基因在高盐和模拟干旱胁迫下均下调表达，表明OsDSR2可能通过下调ABA合成关键酶基因OsNCED4、2个转录因子基因SNAC1和OsbZIP23及3个功能蛋白基因OsLea3、rab16C和P5CS的表达而负调控了水稻对高盐和干旱的耐受性。 OsDSR6基因编码502个氨基酸，它编码的蛋白包含2个DUF966结构域;亚细胞定位分析表明OsDSR6蛋白定位到细胞膜和细胞质。组织表达分析表明OsDSR6主要在叶片、茎和叶鞘中表达;将该基因启动子融合GUS报告基因转化进水稻，GUS活性检测表明它在茎和叶枕中表达强烈，尤其是在茎节中有明显积累，说明OsDSR6的表达显示出一定的组织特异性。逆境表达谱分析表明OsDSR6明显受高盐、干旱、高温和H2O2等多个胁迫抑制表达，同时也受ABA、MeJA、SA、IAA和GA3等激素抑制表达。对OsDSR6超量表达转基因植株进行了抗逆性分析，结果表明OsDSR6的超量表达增加了转基因幼苗对高盐的敏感性，表现出它的株高、根长、根数和鲜重均明显低于对照;OsDSR6超表达转基因幼苗也表现出对模拟干旱的敏感性增强，它的株高、根长和鲜重在胁迫下极显著低于对照植株;转基因植株离体叶片脱水处理的结果表明它的失水显著快于对照，其对应的相对含水量明显低于对照，进一步说明了转基因植株增加了对干旱的敏感性;利用DAB对转基因植株叶片进行染色分析，表明干旱、高盐和H2O2胁迫处理均能引起离体叶片中积累较多的H2O2含量;OsDSR6超表达转基因幼苗的株高受ABA抑制程度明显低于对照，说明它对ABA敏感性下降;对OsDSR6超表达转基因植株中胁迫响应基因进行了表达谱分析，结果表明高盐和模拟干旱胁迫下，OsDSR6的超量表达下调了OsNCED4、SNAC1、OsbZIP23、OsLea3和rab16C等胁迫响应基因的表达，尤以OsLea3和rab16C的下调表达较为明显，说明OsDSR6负调控着水稻对高盐和模拟干旱的耐受性。 OsDSR2和OsDSR6基因编码的蛋白均包含DUF966结构域，它们具有不同的亚细胞定位;两个基因主要在茎和叶片中表达，它们均受干旱、H2O2和ABA的抑制表达;OsDSR2和OsDSR6的超量表达植株均表现出对高盐和干旱的敏感性增强，同时对ABA的敏感性下降;它们主要是通过下调OsNCED4、SNAC1、OsbZIP23、OsLea3和rab16C基因的表达而负调控水稻的高盐和干旱耐受性。这些结果表明水稻DUF966家族基因中OsDSR2和OsDSR6的生物学功能可能存在冗余现象。 收起