在低氮脅迫下水稻劍葉基因轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)的變化

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1、在低氮脅迫下水稻劍葉基因轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)的變化摘要：對低氮脅迫的轉(zhuǎn)錄因子基因反應(yīng)的研究，為提高氮肥在水稻的吸收和利用效率提供分子基礎(chǔ)。安捷倫水稻基因組芯片被用來研究了在低氮脅迫下兩個水稻品種（SN196和Toyonishhiki）轉(zhuǎn)錄因子基因表達(dá)的變化與葉綠素含量含量的變化。結(jié)果表明，在低氮脅迫下超綠水稻品種SN196劍葉共有53個轉(zhuǎn)錄因子基因（35個下調(diào)，18上調(diào)）至基因轉(zhuǎn)錄水平上，在Toyonishiki品種劍葉中27轉(zhuǎn)錄因子基因（21個下調(diào)，6個上調(diào)至基因轉(zhuǎn)錄水平）。在這些氮反應(yīng)基因中，SN196品種中48個轉(zhuǎn)錄因子基因和在Toyonishiki中22個轉(zhuǎn)錄因子基因變化顯著。低氮脅

2、迫下SN196和Toyonishiki之間，有重疊的轉(zhuǎn)錄因子基因響應(yīng)。，1上調(diào)和4個下調(diào)至轉(zhuǎn)錄水平。在兩個水稻品種之間低氮反應(yīng)染色體的基因分布是不同的。水稻是中國種植面積最大，產(chǎn)量最高利用氮肥最多的糧食作物之一。2002年，水稻在中國種植面積達(dá)到2.85×107hm2，占世界水稻種植總面積在的20％，但在中國水稻種植區(qū)使用氮肥的量比世界平均水平多30%。大量氮肥的應(yīng)用降低肥料的利用率，造成了能源的極大浪費(fèi)，增加了食品成本，嚴(yán)重影響了農(nóng)民生產(chǎn)糧食的積極性，更重要的是，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，如何提高水稻的氮素吸收效率，減少氮肥的施用量，同時仍保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)是近年來研究的熱點(diǎn)（美，199

3、7;Inthapanya等，2000;Koutroubas和Ntanos，2003年）問題。植物轉(zhuǎn)錄因子在植物生命活動起著重要作用。由于首次在玉米中發(fā)現(xiàn)，之后就有數(shù)以百計(jì)的植物轉(zhuǎn)錄因子被發(fā)現(xiàn)，并在水稻至少有2300轉(zhuǎn)錄因子，在水稻生長和發(fā)展中起著重要作用。以往的研究結(jié)果表明，通過一系列的應(yīng)激相關(guān)基因（Jaglo-的Ottosen等，1998;春日等，1999;筱崎等人，2000;陳等人，2002）的調(diào)整，植物轉(zhuǎn)錄因子影響了植物脅迫耐受性。到目前為止，已知的轉(zhuǎn)錄因子與一系列抗逆基因，對抗低溫，干旱，鹽和疾病（Maleck等密切相關(guān)，2000;參數(shù)在線等，2001;Singhet人，20

4、02年;Aharoni等，2004;陳等人，2004;金，2006;廉等人，2006;Zhao等，2011）。利用全球基因組表達(dá)芯片分析，廉等人（2006）表明，在低氮脅迫，在水稻根系發(fā)生變化11轉(zhuǎn)錄因子中有5個上調(diào)基因和6個下調(diào)基因，這就說明轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)水平也與低氮脅迫密切相關(guān)。然而，這些結(jié)果只限于在低氮脅迫下苗期水稻。據(jù)悉，水稻葉片葉綠素含量與氮供應(yīng)密切相關(guān)（武羅，1996;Li等人，2003）。因此，氮限制條件下，葉綠素含量的差異反映氮素吸收效率和葉綠素合成的差異。本研究利用水稻基因芯片技術(shù)研究水稻在抽穗期劍葉中轉(zhuǎn)錄因子的氮脅迫響應(yīng)差異和葉綠素含量，以便更好地了解作物對低氮脅迫

5、的反應(yīng)及其機(jī)制，并為提高水稻氮肥吸收和利用效率提供參考。材料與方法超綠水稻SN196，是沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所超級稻育種實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的一葉色突變體。經(jīng)過幾年的不斷自我繁殖，性狀穩(wěn)定表現(xiàn)特點(diǎn)為深綠色色，生長過程中葉片中具有高葉綠素含量。Toyonishhiki是一個普遍的日水稻品種，其葉綠素含量顯著低于SN196。這兩種材料的相關(guān)特性已經(jīng)被研究過了（Sui等，2010）。材料的培養(yǎng)該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)基地在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，中國水稻研究所。水稻種植在30厘米的開口直徑的塑料盆內(nèi)，在20厘米的直徑，且為26厘米的高度。每盆含13.5千克土壤且充分混合，過篩，干燥。土壤為砂質(zhì)壤土為29.8毫克/克有機(jī)質(zhì)

6、含量，總氮含量1.11-1.28毫克/克。總p含量為2.80毫克/克，總K含量為34.0mg/克，水解氮含量30.0微克/克，和速效磷含量5.90微克/克。尿素[CO（NH2）2，氮含量：46.7％]被用作氮肥。低氮脅迫處理被定為N0（0克/千克）。正常氮肥處理設(shè)置為N1（0.15克/千克）作為對照。過磷酸鈣[Ca（H2PO4）2·H2O，磷含量：18％]作為磷的肥料和KCl作為鉀的肥料。為了避免在同一時間過度使用氮肥，損害稻秧，氮肥施在三次：底肥（50％），分蘗肥（30％）和穗肥（20％）。磷，鉀肥分別為基肥施一次。幼苗生長在絕緣和干燥的土壤養(yǎng)分（苗特有的土壤，根據(jù)生長方式和水稻幼

7、苗的營養(yǎng)特點(diǎn)準(zhǔn)備）。稻苗在4葉期移栽到準(zhǔn)備好的塑料盆中。每盆有3個孔，每個孔有1幼苗，每個樣品重復(fù)3次。植物覆蓋避雨，以防雨水和氮肥的損失。其他管理人員均同于一般的生產(chǎn)領(lǐng)域。劍葉收集在抽穗期，液氮速凍，并儲存于-80℃，以備使用。相對葉綠素含量，葉片含氮量的測量使用葉綠素含量計(jì)（CCM-200，OPTI-科學(xué)，美國）對在抽穗期劍葉中主莖的相對葉綠素含量進(jìn)行了測量。在每個盆中收集三片葉子，分別測定每片葉子的上部，中部和下部。每個處理重復(fù)3次。將抽穗期的劍葉分