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本文应用RNA干涉技术抑制水稻硝酸还原酶NR活性,以期从分子水平深入探讨NR的生理功能及作用机理。获得的主要结果如下:
1.NR干涉重组载体的构建。对水稻NR的生物信息学分析结果表明,水稻中与NR相关的的cDNA全基因序列预测有两种:一个是NR apoenzymel简称NR1;另一个是NR【NAD(P)H】简称NR2。本实验分别构建了RNA干涉组成型重组表达载体pRNAi-NR1和pRNAi-NR2。在此基础之上又成功构建了RNA干涉诱导型重组载体RNAi-Pid-NR1,RNAi-Pid-NR2。此外,还把NR1和NR2片段串连后同时装载到了同一个组成型pRNAi干涉载体上,简称pRNAi-NR3。
2.重组载体的基因转化。如使用通常的筛选、分化培养基,以pRNAi-NR1,pRNAi-NR2,pRNAi-NR3转化的水稻愈伤最终不能分化出苗。原因可能是因为本实验用的是干涉掉NR基因的材料,如使用大量NO<,3><->—N营养势必造成其大量积累而毒害细胞。因此将分化培养基中N6大量换成MS大量(其中MS大量中的KNO<,3>用KSO<,4>和KCl等摩尔代替,NH<,4>NO<,3>的一半摩尔量用(NH<,4>)<,2>SO<,4>代替),这样就能正常分化出幼苗,最终成功得到了转化上述三个载体的转化苗。
3.NR1和NR2的干涉效果比较。通过检测二种转基因植株在根叶中的NR活性,发现二种转基因植株根叶NR活性的下调效果相近,并且根叶中二者的下调比率是同步的,表明NR1和NR2可能并存于水稻根或叶中,也有可能是二个干涉序列可相互干涉的效果。
4.NR不同活性水平对草酸含量影响的可能机理。NR活性下调到约80%以上时,随着NR活性降低草酸含量迅速下降;NR活性下调约80%以内时,NR活性的下降伴随草酸含量下降不明显。随着硝处理时间的延长,野生型植株中的草酸含量逐步增加,而NR活性下调了90%的转基因植株的草酸含量几乎没有变化。当NR活性下调到90%以上时,不论硝处理还是在氨处理草酸含量基本一样。说明缺乏NR时硝处理不再能诱导草酸的积累。NR活性下调到90%以上的干涉转基因植株叶片中硝酸根离子浓度显著高于野生型。表明NR的下降并未降低硝酸根离子的吸收而是因为其还原受抑制而引起了硝酸根离子积累。综合上述结果,表明硝下诱导的草酸积累依赖于硝酸还原,而非硝酸根离子的直接作用。
5.NR活性下调对水稻抗盐性的影响及可能机理。在90mM NaCl处理下,转基因植株的NR活性越低,其叶片萎蔫和枯黄程度也越严重,植株高度也明显矮小并且根长也越短。NR下调90%的转基因植株在盐胁迫下株高只有野生型植株的一半,地上、地下部的生物量也是如此。说明转基因植株NR活性下调的越低,植株抗盐的能力也越差。前人已有大量的研究表明,NR在植物中也可催化产生NO,NO是生物体内的一种信号分子,可调节对生物和非生物胁迫的反应。因此,NR可能是通过催化产生NO而和抗盐性相关。
综上所述,本研究实现了对NR活性进行不同水平的调控,并在此基础上探讨了NR的生理功能。结果显示,NR与草酸积累以及植株抗盐能力有关。