课件：水稻抗旱基因研究进展PPT课件.ppt

水稻抗旱基因研究进展,报告人：翟开恩,2012年3月20日,引言,提高植物的抗旱能力已经成为现代植物研究工作中的关键问题之一，尤其是在抗旱育种中起着极其重要的作用。例如干旱胁迫是水稻产量的最主要的限制因素，全球每年水稻产量由于干旱而损失约1800万吨。 盐碱地在中国分布广泛 现有盐碱地面积约0.4亿hm2，随着我国人口增加，耕地减少，盐碱地资源的开发利用有着极其重要的现实意义。而植物抗盐碱、耐干旱能力的提高和适宜在盐碱地上生长并具有较高经济和生态价值的植物种或品系的选育，则是利用盐碱地经济有效的措施。 随着现代分子生物技术的飞速发展，克隆、鉴定目的基因，将目的基因转化到目标植物中并获得转基因工程植株，使植物育种取得了突破性进展。耐旱基因工程研究已取得了长期的发展，已有较多研究将耐旱基因克隆后整合进目标植物中，从而开辟了选育耐旱植物品种的新途径。,研究进展,一.植物抗干旱的机理,1.渗透调节 在轻度的干旱胁迫时，植物能够通过渗透调节降低水势，保持膨压。这些植物渗透调节物质主要有脯氨酸、甜菜碱等小分子亲和性有机物。其次还可以通过离子和水分通道的变化来调节。 2.脱水保护 在严重干旱情况下，超出渗透调节范围，有些植物能够存活主要是由于植物体内有Lea蛋白和糖类（蔗糖、麦芽糖、海藻糖等）这些脱水保护物质它可以在水分严重缺乏是保护膜系统及其他生物大分子免受破坏。,3.代谢调整 在长期干旱胁迫下，植物可以通过代谢途径的转变来适应环境。例如午时花就是一种在干旱胁迫时可以将光合作用从C3途径变成景天酸代谢（CAM）途径。 4.转基因技术 随着转基因技术不断的成熟和抗干旱基因研究不断的深入，根据不同的植物可以通过外源基因的转化到植物体内，从而提高植物的抗旱的能力。,植物保卫细胞中ABA、H2O2、NO信号网络,二.抗旱基因的研究,1.Imt1基因 Imt1（inositol O-methltransferase)基因( 肌醇甲基转移酶基因 )是从生长于南非沙漠中的冰叶午时花的cDNA文库中分离得到的，该基因在盐碱或干旱胁迫下诱导表达，以肌醇为底物生成一种多羟基糖醇化合物-芒柄醇，芒柄醇因含有多个羟基，亲水能力强，能减少生理性干旱造成的损失而使植物得以耐盐。 2. mtlD基因和gutD基因 mtlD基因（1- 磷酸甘露醇脱氢酶基因）和gutD基因（6-磷酸山梨醇脱氢酶基因），它是甘露醇和山梨醇合成的关键基因。多元醇因含多个羟基，亲水性强，能有效地维持细胞的膨压 从而起到抗盐的作用。,3.otsBA基因和TPS基因 海藻糖合成酶为一多酶体系，它们是受干旱、高盐、高温 重金属离子污染等胁迫诱导而表达的基因。otsBA基因是从大肠杆菌中克隆的大肠杆菌海藻糖-6-磷酸合成酶基因，otsBA基因编码的海藻糖磷酸酯酶脱磷酸后生成海藻糖。 TPS基因是从酿酒酵母，拟南芥，复苏植物等真核生物中分离得到的海藻糖-6-磷酸合成酶基因。 4.P5CS基因 脯氨酸 (Proline)是植物中主要的渗透调节物质之一 ，它不仅是生物大分子的保护剂或羟基的清除剂 ，还是植物从胁迫条件回复正常过程中迅速 、有效的氮源 、碳源和还原剂。许多物种，包括细菌、真菌和植物等，在渗透胁迫条件下常通过积累脯氨酸来达到渗透调节的作用。P5CS基因是一个双功能基因编码-谷氨酰激酶 和谷氨酸-5-半醛脱氢酶两种酶催化从谷氨酸合成脯氨酸的最初两步反应。 P5CS基因在积累脯氨酸以降低渗透胁迫，在正常和胁迫条件下反馈调控植物中脯氨酸合成水平等方面均起着重要作用。,2019/8/30,9,可编辑,5.bets基因和BADH基因 甜菜碱(betaine)是生物界广泛存在的细胞相容性物质,同时也是公认的在微生物和植物细胞中起着无毒渗透保护剂作用的主要次生代谢积累物之一，其积累使许多代谢过程中的重要酶类在渗透胁迫下能继续保持活性。Bets基因是从E.coli 中分离，克隆的一组细菌中与甜菜碱合成有关的基因。相当于BADH基因，在盐碱或水分胁迫下，植物叶片和根中的BASH的活性就会显著增加就会促使植物细胞中的甜菜碱合成量的增加。,抗旱相关转录因子,1.DREB转录因子 DREB转录因子基因是属于AP2/ER EB P类基因家族。DR EB 与抗逆基因启动子区域中的DRE顺式作用元件结合 ，参与干旱、高盐等胁迫应答反应 ，增强植物的抗逆性。 2.MYB/MYC类转录因子 MYB/ MYC类转录因子是一类依赖 ABA 调控系统中的转录因子，M YB/ MYC广泛参与植物的各种反应 ,如植物生长发育、 生物和非生物胁迫应答以及 ABA 的敏感性等 ,但参与逆境反应的只占很少一部分。 3.bZIP类转录因子 植物碱性亮氨酸拉链( basic leucine zipper , bZIP)蛋白是一类重要的植物转录因子。目前报道拟南芥中大约有 67 个成员，水稻中大约有 89 个成员。干旱、 高盐或外源脱落酸能诱导内源脱落酸的合成，bZIP 类型的转录因子也随之被激活 ，并结合在 ABRE (ABA responsive-element)上。,4.WRKY类转录因子 WRKY 类转录因子是一种植物特有的、 研究得较多的新型锌指型 (zinc- finger type) 转录调控因子，也参与广泛的生物学活动如生长发育 ，病原、 非生物胁迫和 ABA 等因素诱导。 5.NAC类转录因子 NAC转录因子是近年来新发现的具有多种生物功能如发育、病原、非生物胁迫等起着重要作用的植物特异转录因子。,小结与展望,1.随着分子生物技术的迅速发展和基因克隆技术的不断完善，植物功能性基因的研究不断加强，生物抗逆性基因研究已由单基因向多基因抗性方向发展。 2.植物抗旱能力的形成是由多个基因协同参与形成的，人们不仅找到功能基因，而且还发现了调节蛋白如转录因子和信号因子，它们可以控制更广范围内胁迫反应。,3.大多数抗旱相关基因转基因后组成性表达会改变其基本的生理代谢，我们可以寻找选择诱导型启动子在干旱胁迫下最先在某个组织或器官中表达，对一些基因特异启动子应用在植物抗旱基因工程中，将会使有关基因定位表达通过组织特异性及干