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增强水稻的抗盐能力对提高水稻产量意义重大。本实验室前期从水稻幼穗cDNA文库中分离了一个水通道蛋白的TIP类基因,命名为OsAQP。已有的研究发现,OsAQP基因的表达受到多种因素的调控,其中高盐、干旱和脱落酸等激素均能够诱导OsAQP基因表达上调,提示该基因可能与盐胁迫等非生物胁迫应答相关。为鉴定该基因的功能,本实验室构建了OsAQP转基因拟南芥。本研究以OsAQP转基因拟南芥为材料,采用50、100、125和150 mM梯度盐胁迫处理,结果显示,转基因拟南芥的发芽率、根长以及鲜重分别比WT至少高17%、40.8%和14.29%,且差异达到显著水平。在正常条件下,转基因植株叶片中APX活性高于WT;经300 mM NaCl处理后,转基因拟南芥叶片中除CAT外,其他三种抗氧化酶(SOD、POD、APX)活性均升高,差异均达到显著水平。MDA含量也在处理后上升,但在转基因植株中的含量低于WT,比WT低了37.5%,差异同样达到显著水平。提示OsAQP过表达不仅能够促进拟南芥种子的萌发和根系生长,而且在盐胁迫下通过提高拟南芥内源抗氧化酶活性、降低膜脂过氧化程度,增强了转基因植株对一定程度盐胁迫的耐受性。为研究转基因拟南芥的耐盐机制,测定拟南芥正胁迫相关标记基因RbohD、Zat12、Cu/ZnSOD、WRKY25、PR-1、AtSOS2和ABA响应相关基因ABF3和ABF4的表达,结果显示,盐处理4 h和12 h时,ABF3、ABF4、AtSOS2和PR-1在转基因拟南芥中的表达量比WT高,而Zat12在转基因拟南芥中的表达量比WT中低;在盐处理4 h时,Cu/ZnSOD在转基因拟南芥中的表达量比WT高;在盐处理12 h时,RbohD、WRKY25在转基因拟南芥中的表达量同样比WT高,差异均达到极显著水平。说明OsAQP异源过表达提高转基因拟南芥耐盐的原因可能与通过提高拟南芥胁迫相关基因表达水平,增强拟南芥ABA信号有关。为了鉴定该基因在水稻中的功能,构建了OsAQP过表达转基因水稻,并进行了筛选鉴定。在正常培养条件下,转基因水稻的萌发率高于WT,第2 d时,转基因水稻三个株系(OsAQP-4、OsAQP-9、OsAQP-12)的萌发率分别为33.67%、42.86%和38.78%,而WT的萌发率仅为10.2%;第4 d时,转基因水稻的萌发率分别为95.92%、98.98%和96.94%,而WT为93.88%;在第6 d时WT和转基因水稻都基本萌发完全,说明OsAQP过表达促进水稻种子的萌发。对OsAQP过表达转基因水稻T1代农艺学性状统计分析发现,转基因水稻与WT相比,表现为株高增加,总粒数、实粒数增加,结实率升高,且均达到极显著差异。在梯度盐胁迫下,转基因水稻的地上部分和根的长度均比WT高,且达到显著差异。75 mM NaCl处理时,转基因水稻的地上部分长度分别是WT的2.31、1.81和2.09倍,根的长度分别是WT的1.84、1.56和1.49倍,说明OsAQP过表达有助于盐胁迫下转基因水稻的生长。为了进一步研究OsAQP过表达在水稻盐耐受中的机制,检测编码水稻Na~+、K~+、H~+等离子转运蛋白相关基因表达的变化,在正常条件下,OsHKT1;1、OsHKT2;2和OsHKT2;4在转基因水稻中的表达量均高于WT;盐处理5 h时,除OsHKT1;5以外,其他基因在转基因水稻中的表达量均高于WT,且达到极显著差异。在盐处理之前,OsNHX1、OsNHX3和OsNHX5基因在转基因水稻中的表达水平要高于WT,且达到极显著差异;盐处理后,除OsNHX1外,其他OsNHX基因家族成员在转基因水稻中的表达量均高于WT,其中OsNHX2的表达量是WT的6.71倍。OsSOS1基因正常条件下在转基因水稻中的表达量比WT低,但是盐处理之后,OsSOS1在转基因水稻中的表达量显著高于WT,是WT的3.27倍。说明OsAQP基因过表达提高水稻耐盐的原因之一在于活化离子转运相关基因的表达,通过加速Na~+、K~+等离子的转运,从而调节细胞的渗透平衡,维持细胞正常的生物学过程。本研究利用OsAQP过表达转基因拟南芥和水稻,开展对OsAQP基因的功能鉴定,发现该基因过表达能够促进拟南芥和水稻种子的萌发和根系生长,且在一定程度上提高植物的盐耐受性,其分子机制可能涉及一些已知的胁迫相关基因、离子转运相关基因表达水平的改变,且与ABA信号通路相关。本研究为后续探究该基因的功能机制奠定基础,也可能为耐盐水稻品种的培育提供新的候选基因。