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为发掘水稻新的耐逆基因,研究植物在应答逆境胁迫时的分子机制,采用Affymetrix水稻表达芯片分析了超级稻两优培九母本培矮64S全基因组在多种逆境胁迫下的表达水平,筛选出一批表达水平显著改变的基因。其中基因OsMsr9(Oryza sativa L.Multiple Stresses Responsive Gene9,GenBank登录号为EU276058)和OsXCL(Oryza sativa L.Chang Li Gene)被选为目的基因进行研究。
基因OsMsr9的表达量在高温、低温、干旱处理后在多个组织器官、发育时期均有显著提高。实时定量PCR分析其特定时空表达量的结果与基因芯片的结果基本吻合。通过RT-PCR,得到包含完整ORF(open reading frame)的cDNA克隆。根据生物信息学分析,该ORF编码一个包含168个氨基酸残基的蛋白质,与玉米(Zea mays L.)中含F-box结构域的全长蛋白有大约58％的相似性,而F-box蛋白可能与植物抗逆性有关。可能的启动子区域序列分析发现有7个逆境应答相关顺式作用元件以及6个激素应答相关顺式作用元件。基于上述实验及分析结果,OsMsr9可能是一新的水稻多逆境响应基因,构建了OsMsr9-pCAMBIA1300-163双元表达载体并通过农杆菌介导法转化水稻93-11,获得9个转OsMsr9基因的T0代独立株系。进一步功能分析验证工作尚在进行中。
水稻苗期和孕穗期OsXCL表达水平在高温、低温、干旱胁迫下出现上调,以低温胁迫下最为明显。芯片数据与实时数据结果基本吻合,暗示该基因可能是一逆境应答相关基因。根据生物信息学分析,该基因的全长ORF编码一个包含255个氨基酸残基的蛋白质,理论分子量为26.73KDa,等电点为9.80,预测无跨膜区域:可能的启动子区域分析表明上游存在7个光反应元件以及7个激素应答相关顺式作用元件。通过RT-PCR方法获得该基因全长ORF的cDNA克隆。为验证该基因的功能,构建了OsXCL-pCAMBIA1300-163双元表达载体并通过农杆菌介导法转化水稻93-11,获得23个过量表达OsXCL基因的T0代独立株系。正常生长条件下,T2代过量表达水稻株系芽期根长及芽长的测量结果表明转OsXCL基因93-11的生长势强于野生型93-11。数个转OsXCL基因水稻株系幼苗经低温胁迫后活苗数高于野生型。失水率测量实验表明转OsXCL基因水稻株系比野生型失水快,暗示可能其抗旱性不如野生型。此外,过量表达OsXCL基因的水稻93-11株系呈现谷粒增长,粒重增加的表型,推测该基因可能参与控制产量性状。