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水稻OSNOX2基因的表达及其对干旱胁迫的响应

作　者: 周丛义
导　师: 陈坤明
学　校: 浙江大学
专　业: 作物学
关键词: 质膜NADPH氧化酶 抗氧化物酶 过氧化氢 超氧阴离子 相对电导率值 干早胁迫 全基因组基因表达
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


质膜NADPH氧化酶（Plasma membrane NADPH oxdidase, PM NOX）是植物细胞活性氧（Reative oxygen species, ROS）产生并积累的主要来源,该酶在抵御微生物侵害、抵抗重金属毒害以及调节植物的生长发育等方面都有重要的作用。我们通过数据库搜索发现,水稻基因组中至少有11个基因编码的蛋白被预测具有NOX酶活性,其中OSNOX2基因被发现受干旱胁迫诱导强烈表达。为进一步弄清OSNOX2基因的表达与干旱胁迫的关系,我们从韩国浦项科技大学生物技术中心订购了OSNOX2基因表达缺失的T-DNA突变体系PFG1A-09601.L,通过PCR和RT-PCR筛选鉴定得到了一个OSNOX2基因缺失的纯合突变体osnox2,并对该突变体在干旱胁迫下进行了系统研究。结果显示,突变体osnox2在株高、剑叶长和宽等形态指标上明显低于WT,而osnox2叶片中chl a/b比WT的要高32.9%。在土壤含水量达到8.48%时,水稻osnox2叶片内各类抗氧化酶的活性、H202含量及02-释放量均高于WT,而叶片总PM-NOX酶的活性osnox2比WT低18.9%。同时水稻osnox2的抗氧化能力明显低于WT。另外,通过osnox2和WT水稻全基因组基因表达发现,在水稻正常生长条件下,当p≤0.05时,osnox2与WT相比,差异表达达2倍以上的基因有152个,其中包含众多转座子及逆转座子蛋白基因、蛋白激酶基因、热激蛋白基因、ATP合成酶基因、逆转录酶蛋白基因、NADPH氧化酶基因1个、抗病相关蛋白基因、脱氢／氧化还原蛋白酶基因、过氧化物酶基因等许多功能基因。这些基因参与了细胞众多重要的生命活动,并在整个植株的生长发育及抵抗逆境胁迫方面起重要作用。另外在这152个差异表达基因中还包含有65个未知功能的表达蛋白基因。这些研究结果表明,OSNOX2基因具有重要的生理功能,不仅参与水稻植株对干旱等环境胁迫的响应,而且在水稻正常生长发育调控中具有重要作用。

全文目录


致谢  9-10
摘要  10-11
Abstract  11-13
缩略词列表  13-14
第一章 文献综述  14-30
  前言  14
  1. 植物体内的干旱胁迫响应机制  14-18
    1.1 干旱胁迫对植物光合作用的影响  14-15
    1.2 干旱胁迫下的活性氧伤害与植物的抗氧化防御系统  15-16
    1.3 干旱胁迫下植物的渗透调节  16-17
    1.4 干旱胁迫信号的感受和传递  17
    1.5 植物抗旱相关基因的表达  17-18
  2. 水稻干旱胁迫响应研究进展  18-26
    2.1 干旱胁迫影响水稻形态结构  18-19
    2.2 干旱胁迫影响水稻生理生态  19-22
    2.3 干旱胁迫影响水稻的产量与品质  22-23
    2.4 干旱胁迫诱导的蛋白表达  23
    2.5 水稻抗旱性分子生物学研究  23-26
  3. 植物NOX酶的结构及其功能  26-29
    3.1 质膜NADPH氧化酶(PM-NOX)的结构与类型  26-27
    3.2 植物质膜NADPH氧化酶(PM-NOX)参与众多生理过程并受多种因素调控  27
    3.3 水稻NOX酶家族及其功能研究  27-29
  4. 本研究的目的与意义  29-30
第二章 材料与方法  30-35
  2.1 材料与处理  30-31
  2.2 突变体筛选及鉴定  31
  2.3 叶绿素含量测定  31
  2.4 叶片ROS组化染色分析  31-32
  2.5 土壤含水量测定  32
  2.6 叶片抗氧化物酶的提取与活性测定  32-33
  2.7 叶片H_2O_2含量和O_2~-释放水平的测定  33-34
  2.8 水稻总NADPH氧化酶提取及活性测定  34
  2.9 MV处理及电导率测定  34
  2.10 干旱胁迫下WT和osnox2叶片全基因组基因表达  34-35
第三章 结果分析  35-50
  3.1 突变体筛选及鉴定  35
  3.2 WT和osnox2的形态特征及基本参数  35-37
  3.3 WT与osnox2叶片H_2O_2和O_2~-的组化染色反应  37-38
  3.4 土壤含水量测定  38-39
  3.5 WT与osnox2叶片抗氧化物酶活性的测定结果  39
  3.6 WT与osnox2叶片中H_2O_2和O_2~-含量分析  39-41
  3.7 WT与osnox2叶片总PM-NOX酶活性  41-42
  3.8 WT与osnox2的抗氧化能力分析  42-43
  3.9 突变体osnox2全基因组基因表达分析  43-50
    3.9.1 水稻osnox2差异表达基因  43-44
    3.9.2 WT和osnox2差异表达的基因火山图  44
    3.9.3 WT与osnox2差异表达基因的维恩分析图  44-47
    3.9.4 水稻osnox2和WT差异表达基因的聚类热图  47-50
第四章 讨论  50-55
  4.1 OSNOX2基因表达缺失突变显著影响水稻形态结构等基本农艺性状  50
  4.2 OSNOX2基因表达缺失突变使水稻植株对干旱的响应更为剧烈  50-51
  4.3 OSNOX2基因表达缺失突变使水稻对干旱胁迫更为敏感  51
  4.4 OSNOX2基因表达缺失突变降低了水稻植株的抗氧化能力  51-53
  4.5 OSNOX2基因与水稻抗逆性及水稻众多正常发育调控过程密切相关  53-55
第五章 结论  55-66
参考文献  66-78
论文清单  78-79
附件  79-98
  水稻大杆性状的解剖学与生理学特征  79-98
    References  95-98

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 稻
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