大环内酯类和高表达玉米C4-PEPC基因对水稻耐旱性的影响

作者：宋凝曦; 李霞^*; 王净; 吴博晗; 曹悦; 杨杰; 谢寅峰

来源：作物学报, 2021, 47(10): 1927-1940.

DOI：10.3724/SP.J.1006.2021.03064

• 水稻
• 可变剪接
• 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶
• 大环内酯
• 干旱

为揭示可变剪接机制参与植物耐旱性的内在机制,以高表达转玉米C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC)基因(C4-PEPC)水稻(PC)和受体"Kitaake"(WT)为材料,通过盆栽和水培试验,研究外施可变剪接抑制剂大环内酯类(pladienolide B, PB)联合干旱处理下,功能叶片的光合参数、总可溶性糖及其组分、主要抗氧化酶活性以及抗氧化物质含量、Ca2+、NO、H2O2、ABA含量、与蔗糖非发酵1 (sucrose nonfermenting-1,SNF1)相关蛋白激酶(SNF1-related protein kinase 3s, SnRK3s)以及剪接因子基因表达的变化。结果表明:在盆栽试验中,与单独自然干旱处理(drought stress, DS)相比,在孕穗期外施0.5μmol L–1PB联合干旱处理(DS+PB),显著下降了供试水稻的产量及其构成因子的数值,其中,在DS+PB处理下, PC的株高、穗数、每穗实粒重和单株产量均显著高于WT。在水培试验中,与10%PEG-6000模拟干旱处理(PEG)相比,外施0.5μmol L–1 PB和10%PEG-6000模拟干旱处理(PEG+PB),均显著降低了供试水稻功能叶片的净光合速率(Pn)、相对含水量、总可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD酶活性、POD酶活性、CAT酶活性、PEPC酶活性、糖组分(蔗糖、葡萄糖、果糖含量)、Ca2+、NO和H2O2的含量,其中, PC中3个糖组分以及钙离子含量始终高于WT。与PEG处理相比, PEG+PB处理也导致水稻叶片内糖信号SnRK2s基因(SAPK8和SAPK9)和3个SnRK1基因表达量下降,其中PC的SAPK8、SAPK10、OsK1a和OsK24表达均高于WT;进一步10mmolL–1EGTA钙离子螯合剂引入实验证明,钙离子通过调节剪接因子相关基因的表达参与水稻干旱响应。相关性分析也表明,PC中钙离子含量分别与叶片可溶性蛋白含量、ABA含量以及剪接因子RS33的表达水平呈显著或极显著相关。综上,可变剪接参与水稻干旱响应,水稻可通过叶内糖信号SnRK1s和SnRK2s基因以及钙离子,参与调节剪接因子相关基因的表达,对水稻耐旱起积极的作用。与WT相比, PC的增益效果更强,这与其内源高钙离子和糖组分含量密切相关。

• 单位
  江苏大学; 生命科学学院; 江苏省农业科学院; 南京农业大学; 南京林业大学