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水稻是世界上最重要的粮食作物,也是一个重要的功能基因研究的模式植物,世界上二分之一以上的人口以其为主食。非生物逆境,如干旱、高盐、高温、化学有毒物以及氧化逆境都会对农业生产产生严重的威胁,是全世界作物减产的主要因素,一些重要作物每年产量损失的50%都是由非生物逆境造成的。非生物逆境对作物的影响在许多地区已成为农业发展的瓶颈。利用现代生物基因工程技术提高植物的抗逆性已成为现代农业的一项重要研究内容。为深入探讨水稻对逆境的反应机理并寻找新的植物耐逆基因,采用Affymetrix水稻表达芯片(含51279个转录本)分析了培矮64S全基因组在不同逆境(高温、干旱、低温)胁迫下、不同生育时期叶片和穗中的表达谱,从中筛选出一个受多种逆境诱导表达的基因OsMsr3(Oryza sativa L.multiple stresses responsive gene_3)。研究获得的主要结果如下:
1.基因芯片数据分析表明,OsMsr3基因受低温、高温、干旱诱导;其平均上调幅度为33.7倍,最高上调幅度达72.8倍(高温),最低上调幅度为3.0倍。
2.用实时定量PCR方法对OsMsr3基因在低温、高温、干旱等逆境条件下的表达模式进行了进一步分析,所得结果与基因芯片数据基本吻合,从而验证了OsMsr3基因确实受各种逆境诱导表达。
3.根据GenBank已知相似基因序列设计特异寡核苷酸引物,通过RT-PCR扩增、获得了包含该基因完整ORF的cDNA克隆。
4.对其编码的蛋白质进行分析,发现其羧基端存在一个HSP20的蛋白保守结构域,与其他植物中的低分子量热激蛋白的相似性介于33.7-97.5%。对其可能的启动子序列分析,发现6类与逆境反应有关的顺式作用元件,可能在水稻的逆境响应中起着重要作用。
5.构建了该基因的过表达载体,利用农杆菌介导法成功将该基因转化到拟南芥中。