分析抗氧化特性和水稻抗旱相关基因表达谱线来自Embryo-Soaking与其中、DNA的解决方案

文摘

干旱是一种主要的非生物压力限制水稻生产稳定。在这项研究中,四个水稻品种,IAPAR9(陆稻品种),H8和H10 (droughttolerance变体行来源于6527 embryo-soaked其中DNA、解决方案)和6527年(普通水稻品种),被用来研究抗旱品种的抗氧化特性,超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量及其相关基因表达谱。结果表明,SOD活性、POD活性和MDA含量显著增加在干旱胁迫下,而减少产量及其相关性状如种子设置比例,1000粒重和每穗粒数。耐旱水稻的SOD和POD活动(H8、H10 IAPAR9)明显高于6527年drought-sensitive。减少MDA含量在耐旱水稻生产(H8、H10 IAPAR9)于6527年敏感。H8的产量明显高于其它品种,和种子设定比例和1000 -这些与耐旱的粒重明显高于敏感的6527。干旱胁迫后,有11个基因与抗氧化相关进展的表达谱变化显著H8和6527年之间。这些结果表明耐旱品种可能征服从过氧化伤害诱导抗氧化过程的相关基因的表达,进一步增加SOD活性和POD活性。因此,抗旱性的提高可以维持正常的生长和发育,实现模拟干旱胁迫下最大光合作用的产物存储。

关键字

外源DNA, Embryosoaked、抗氧化性能、干旱压力、表达谱,大米。

介绍

水稻是重要的粮食作物在世界各地,并成为主要的食物超过1/2的人。世界上95%的水稻种植在欠发达国家,主要在亚洲。中国大米总种植面积仅次于印度(1,2]。然而,大米是作物需要大量用水,而在中国存在严重的水资源短缺。为了解决这个矛盾,重要的是增强水稻种质资源抗旱。基于良好的利用有利的基因在物种在水稻育种中,引入有利基因的野生来源或遥远的物种变得越来越重要。其中,、是一个非常耐旱杂草。这里,整个DNA用于引入大米品种6527 soaking-embryo方法,直接引入外源DNA与技术简单,操作容易,没有限制的植物物种为育种家提供了快速和广泛的变异。然后,变体行H₈和H₁₀与重要的抗旱性是通过不断高地定向选择,直到F₂₃一代又一代。最后,他们被不同的抗旱指数(3]。

干旱胁迫是一个严重的限制因素对水稻产量及产量稳定。抗旱性的一个渠道是提高植物的抗氧化代谢水平。发现干旱胁迫降低了干物质生产和最终产量大部分由于失去平衡的生产活性氧(ROS)和抗氧化系统,导致活性氧的积累和诱导氧化损伤细胞组件4,5]。植物也形成了氧化剂清除ROS信号系统的基础和发展各种抗氧化酶,如superxide歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸盐过氧化物酶(APX型)、过氧化氢酶(CAT) (6,7]。到目前为止,一些耐旱基因在水稻和干旱胁迫的生理机制也被理解(8- - - - - -13]。然而,很少有人知道如何为抗氧化相关基因表达谱的变化特征之间的抗旱品种和敏感的人。在这项研究中,SOD活性、POD活性、MDA含量和产量及其相关性状进行了研究在此地区大米(H₈H₁₀6527年,IAPAR9)和敏感。此外,抗氧化代谢相关的基因表达谱也H之间的研究₈干旱胁迫下,6527。更多信息将提供研究水稻的抗旱。

材料和方法

实验地点

的现场试验在2012年进行了歇马试验站(19°51′N, 106°37′E)西南大学的贝贝,重庆,中国。车站位于西南大学以南10公里,海拔350米,面积是属于亚热带季风性气候。

实验材料和设计

四个水稻品种用于实验。H₈和H₁₀属于抗旱水稻来自6527 embryosoaked其中,、DNA的解决方案,6527是一个常规水稻品种,对干旱敏感,IAPAR9旱稻品种,耐干旱(3]。

实验设计为裂区。主要情节是控制和干旱胁迫的治疗方法。次要情节是四个水稻品种三个复制。植物干旱胁迫处理种植场与流(3米高度)的顶级装备有困难有机透明材料,其底部和侧面是用水泥做的。控制植物被种植在相同的水泥场而不脱落。每个情节都包含3行行距为26.4厘米,植物12厘米的间距,密度10植物每一行。2012年种子播种在3月20日,2012年4月21日和移植。在干旱胁迫处理,水被抛弃于2012年4月28日,然后8000毫升水定量灌溉的间隔12 d的每一个情节。足够的水供应的控制治疗,直到成熟。

测量的抗氧化指标

十植物从每个情节随机选择12 d在抽穗期干旱胁迫后。旗叶和叶柄被立即删除与冰放在盒子里,然后保持-20°C的抗氧化特性的分析。

SOD粗提物是根据布雷的方法做了一些调整。0.5 g的每个样品均质用杵在一个冰冷的砂浆,也包含2毫升的缓冲区(50更易与L¹磷酸盐缓冲剂,pH值为7.8,1% (v / v) PVP) [14]。体积修正至10毫升磷酸盐缓冲剂和离心机在10000 rpm 15分钟在4°C。SOD活性的测量是通过一个测试套件从南京建成科技有限公司有限公司(中国南京)。SOD活性表达为U毫克¹普罗特。每个样品重复测量三次。

POD活性化验根据Moerschbacher等的方法,做了一些调整。1克的样品每个样品均质用杵在一个冰冷的砂浆,含有10毫升20更易与L¹KH₂阿宝₄(15]。匀浆离心机在4000 rpm 15分钟在4°C。0.1毫升的上层清液混合2.9毫升的50更易与L¹磷酸盐缓冲剂(pH值5.5),1毫升的2% (v / v) H₂O₂,1毫升的50更易与L¹愈创木酚,孵化在水浴37°C。5分钟后,用分光光度计测量吸光度在A470 (uv - 5800 pc,上海,中国。一个单位的酶活性(U)被定义为每分钟0.01在吸光度的改变。POD活性表达为U g¹弗兰克-威廉姆斯。每个样品重复测量三次。

MDA含量化验根据健康和封隔器的方法,做了一些调整。1 g的每个样品均质用杵在一个冰冷的砂浆,也包含2毫升的10% (v / v)柠檬酸,然后均质8毫升的10% (v / v)柠檬酸(16]。匀浆离心机在4000转10分钟在4°C。2毫升的上层清液混合2毫升的0.6% (v / v)稍后通知,并在沸水浴中加热15分钟,冷却液在4000转离心10分钟4°C。A450的吸光度,A532 A600被分光光度计测量(uv - 5800 pc,上海,中国。每个样品重复测量三次。MDA内容表示为nmol g¹弗兰克-威廉姆斯。

RNA的提取和测量基因表达谱

基于H的结果₈比IAPAR9方面表现出显著的抗旱性,H的抗旱性₁₀几乎是类似于IAPAR9 [3]。所以,只有H₈及其受体6527被用作材料分析研究中的表达谱。三种植物选择随机从每一块H₈和6527(干旱胁迫和控制)在12 d在抽穗期干旱胁迫后,总共36植物。根,茎,叶和穗balance-mixed到12个离心管和标签,并立即在液态氮冷冻30分钟,-80°C RNA的提取。RNA提取使用试剂盒测试套件(TIANGEN,北京)。基因表达谱的化验由深圳华大基因研究院(中国深圳)。

测量的产量及其相关性状

十植物中间采样线从每个情节在成熟阶段测量株高、单株穗数,穗长、1000 -粒重、每穗粒数、每穗小穗数、种子设定比例。产量图测量所有的植物在每个情节收获时,然后被转换成产量每公顷。

统计分析

Microsoft Excel 2003用于分析原始数据。方差分析进行12.5 DPS软件。基因表达谱分析了2倍多,和0表示零的表情。

结果与讨论

抗氧化特性

干旱胁迫后大多数植物生理指标的变化,不同品种表现出差异。所示的方差分析(表1),SOD活性、POD活性和MDA含量均显著地受到干旱胁迫处理和品种差异。治疗和品种之间的相互作用对MDA含量有显著影响,但没有SOD和POD活性。

表1:方差分析的抗氧化特性(F值)。

与对照组相比,干旱胁迫显著增加SOD活性、POD活性和MDA含量157.13毫克¹普罗特,814.02 U g¹弗兰克-威廉姆斯和6.54 nmol g¹弗兰克-威廉姆斯,分别为(表2)。类似的结果也报道了刘et al。[17]。除此之外,在抗氧化特性显著差异存在于抗旱品种和敏感的(表2)。与6527年相比(drought-sensitive), H的SOD活性₈,IAPAR9和H₁₀明显增加了184.80、80.26和75。80 U毫克¹普罗特。相应的POD活性增加了1441.11,1278.05和322.24 U g¹弗兰克-威廉姆斯。特别是,SOD和POD的H₈高于H₁₀和IAPAR9。此外,H的MDA含量₈,IAPAR9 H₁₀显著降低了10.69,7.11,和6.01 nmol g¹弗兰克-威廉姆斯相比6527 (表2)。因此,我们可以得出结论,耐旱水稻可以抵抗氧化应激的结果从干旱通过增加SOD和POD活性,这与陆等人的结果是一致的。18]。最后,SOD活性和POD活性上升范围的H₈明显高于6527年,减少愤怒的MDA明显低于6527年。而在H₁₀,只有愤怒的MDA含量变化存在显著差异与6527 (表2和3)。这些结果表明,H₈是最在抗氧化方面比其他品种抗旱。

表2:治疗和品种的抗氧化特性的影响。

表3:变化范围由干旱处理不同品种的抗氧化特性。

研究表明,干旱胁迫能诱导植物产生大量活性氧,导致脂质过氧化,破坏细胞膜的稳定性,并产生MDA (19]。消除活性氧的SOD扮演着重要角色,这可能恢复超氧化物阴离子过氧化氢和氧,和生物预防是第一防线ROS损伤(19]。豆荚参与各种生理代谢,扮演着一个重要的角色在催化合成各种各样的细胞壁结构组件,控制细胞生长和发展和消除过氧化氢,和是一个关键酶抗氧化酶系统保护压力(20.]。不仅我们的研究结果证实这一结论,但也发现抗旱品种有更高效率的清除活性氧和更强的能力消除过氧化氢,MDA和产生更少。因此,抗旱水稻可以抵抗氧化应激造成干旱增加SOD和POD的活性,与消除相干自由氧离子和启动抗氧化系统的损伤(17,18]。当然,还有其他方法来抵抗干旱抗旱品种,增加渗透压等渗透调节物质,如脯氨酸、离子和可溶性糖(21,22]。他们经常需要协同工作。

产量和农艺性状

所示的方差分析(表4),干旱胁迫影响产量,1000 -粒重、每穗粒数、和种子设置比率显著,但没有在株高、单株穗数、穗长、和每穗小穗数。有显著影响产量和农艺性状在品种。与对照组相比,干旱胁迫降低产量、株高、单株穗数、穗长、1000 -粒重、每穗粒数、每穗小穗数,和种子设定比例58.97%,14.20%,33.47%,6.04%,10.66%,40.23%,10.39%,和29.29%,分别为(表5)。类似的发现为cai et al。23]。H的产量₈高明显比其他的3个品种。单株穗数和每穗粒数的H₈wsignificantly高于IAPAR9和6527年没有区别与H₁₀。1000粒重和种子耐旱品种设置比(H₈H₁₀和IAPAR9)高于敏感的6527 (表5)。结果表明,耐旱水稻品种有更高的收益率在干旱胁迫下,同时种子设置1000 -粒重比和负责他们的高收益,这是符合报告论文(3,24]。此外,减少收益的范围,1000 -粒重、每穗粒数和结实率耐旱水稻品种(H₈H₁₀和IAPAR9)明显低于drought-sensitive大米6527 (表6),这表明干旱胁迫影响很容易在灌浆期的进展,并对耐旱品种的影响小于对敏感的。

表4:产量和农艺性状的方差分析(F值)。

表5:治疗和品种对产量和农艺性状的影响。

表6:改变愤怒的产量和农艺性状在不同品种干旱处理

基因表达谱

进一步揭示了水稻抗旱的分子机制,为antioxidantrelated基因表达谱的差异之间的6527和H₈分析了表7。十一antioxidant-related基因被发现现有6527和H之间的区别₈干旱胁迫下。其中,6527年与空一个基因表达上调H₈在干旱胁迫。基因(LOC_Os05g11130.1)位于5号染色体与氧化还原酶相关活动和前体的形成,其表达谱变化是符合活动的增加SOD和POD。它应该开始的关键基因水稻抗氧化系统。三个基因表达的仅仅是H₈控制和零干旱胁迫下表达,6527年。LOC_Os07g02810.1位于7号染色体有氧化还原酶活性和相关非生物刺激反应。LOC_Os03g37290.1位于3号染色体上过氧化物酶活性。LOC_Os12g42850.3位于12号染色体参与过氧化氢的代谢过程。丁等显示诱导的氧化还原酶的基因可能会改善耐旱的植物通过抗氧化系统(25]。有三个基因没有表达H展出₈,而其中一个是上调表达6527年干旱胁迫后,和其他两个表示6527年控制,或在干旱胁迫下。他们LOC_Os03g51920.1位于3号染色体与肽相关传输函数和非生物刺激反应或活性氧代谢,LOC_Os07g44430.1位于染色体7,抗氧化活性和过氧化代谢有关,和LOC_Os07g48050.1位于染色体7与抗氧化活性。四个基因表达在H₈和6527有不同的性能,上调6527年抑制在H₈在干旱胁迫。LOC_Os11g05380.1位于染色体11与氧化还原酶的活动,与铁离子绑定和非生物代谢过程有关。LOC_Os07g05940.1位于7号染色体的阳离子绑定类胡萝卜素加双氧酶和相关应激反应脱落酸的代谢过程。LOC_Os05g50180.1位于5号染色体上离子绑定和氧化还原酶的活动。LOC_Os03g55800.1位于3号染色体与氧化还原酶活性和铁离子绑定(表7)。很容易发现一些基因表达上调(下调)是连贯的SOD和POD的增加(减少),而其他人交谈。这些结果表明,SOD和POD的生理活动是由许多基因在氧化和过氧化过程。一些基因的表达是有益的抗旱性,而其他基因沉默可能是有利的抗旱性。总之,这些基因应该负责的高抗旱H₈。这将是重要的理解抗氧化机制通过研究这些基因。

表7:微分表达式分析H₈干旱胁迫下,6527。

确认

这项工作由国家科学基金会的关键程序支持重庆(CSTC2012jjB80005)。

结论

十一antioxidant-related基因H之间的显著变化₈来自Embryo-soaking与其中,、DNA及其受体6527被发现的基因表达分析研究。一起抗氧化指标的生理分析抗旱品种和敏感的,我们得出结论,抗旱品种可能抵制干旱oxidant-related基因的诱导表达和沉默来提高SOD和POD的活性降低过氧化氢造成的损害,从而使一些重要农艺性状相对稳定,防止减少干旱胁迫下产量。

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