在低氮胁迫下水稻剑叶基因转录因子表达的变化

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1、在低氮胁迫下水稻剑叶基因转录因子表达的变化摘要：对低氮胁迫的转录因子基因反应的研究，为提高氮肥在水稻的吸收和利用效率提供分子基础。安捷伦水稻基因组芯片被用来研究了在低氮胁迫下两个水稻品种（SN196和Toyonishhiki）转录因子基因表达的变化与叶绿素含量含量的变化。结果表明，在低氮胁迫下超绿水稻品种SN196剑叶共有53个转录因子基因（35个下调，18上调）至基因转录水平上，在Toyonishiki品种剑叶中27转录因子基因（21个下调，6个上调至基因转录水平）。在这些氮反应基因中，SN196品种中48个转录因子基因和在Toyonishiki中22个转录因子基因变化显著。低氮胁

2、迫下SN196和Toyonishiki之间，有重叠的转录因子基因响应。，1上调和4个下调至转录水平。在两个水稻品种之间低氮反应染色体的基因分布是不同的。水稻是中国种植面积最大，产量最高利用氮肥最多的粮食作物之一。2002年，水稻在中国种植面积达到2.85×107hm2，占世界水稻种植总面积在的20％，但在中国水稻种植区使用氮肥的量比世界平均水平多30%。大量氮肥的应用降低肥料的利用率，造成了能源的极大浪费，增加了食品成本，严重影响了农民生产粮食的积极性，更重要的是，造成严重的环境污染。因此，如何提高水稻的氮素吸收效率，减少氮肥的施用量，同时仍保持高产稳产是近年来研究的热点（美，199

3、7;Inthapanya等，2000;Koutroubas和Ntanos，2003年）问题。植物转录因子在植物生命活动起着重要作用。由于首次在玉米中发现，之后就有数以百计的植物转录因子被发现，并在水稻至少有2300转录因子，在水稻生长和发展中起着重要作用。以往的研究结果表明，通过一系列的应激相关基因（Jaglo-的Ottosen等，1998;春日等，1999;筱崎等人，2000;陈等人，2002）的调整，植物转录因子影响了植物胁迫耐受性。到目前为止，已知的转录因子与一系列抗逆基因，对抗低温，干旱，盐和疾病（Maleck等密切相关，2000;参数在线等，2001;Singhet人，20

4、02年;Aharoni等，2004;陈等人，2004;金，2006;廉等人，2006;Zhao等，2011）。利用全球基因组表达芯片分析，廉等人（2006）表明，在低氮胁迫，在水稻根系发生变化11转录因子中有5个上调基因和6个下调基因，这就说明转录因子表达水平也与低氮胁迫密切相关。然而，这些结果只限于在低氮胁迫下苗期水稻。据悉，水稻叶片叶绿素含量与氮供应密切相关（武罗，1996;Li等人，2003）。因此，氮限制条件下，叶绿素含量的差异反映氮素吸收效率和叶绿素合成的差异。本研究利用水稻基因芯片技术研究水稻在抽穗期剑叶中转录因子的氮胁迫响应差异和叶绿素含量，以便更好地了解作物对低氮胁迫

5、的反应及其机制，并为提高水稻氮肥吸收和利用效率提供参考。材料与方法超绿水稻SN196，是沈阳农业大学水稻研究所超级稻育种实践中发现的一叶色突变体。经过几年的不断自我繁殖，性状稳定表现特点为深绿色色，生长过程中叶片中具有高叶绿素含量。Toyonishhiki是一个普遍的日水稻品种，其叶绿素含量显著低于SN196。这两种材料的相关特性已经被研究过了（Sui等，2010）。材料的培养该实验的实验基地在沈阳农业大学，中国水稻研究所。水稻种植在30厘米的开口直径的塑料盆内，在20厘米的直径，且为26厘米的高度。每盆含13.5千克土壤且充分混合，过筛，干燥。土壤为砂质壤土为29.8毫克/克有机质

6、含量，总氮含量1.11-1.28毫克/克。总p含量为2.80毫克/克，总K含量为34.0mg/克，水解氮含量30.0微克/克，和速效磷含量5.90微克/克。尿素[CO（NH2）2，氮含量：46.7％]被用作氮肥。低氮胁迫处理被定为N0（0克/千克）。正常氮肥处理设置为N1（0.15克/千克）作为对照。过磷酸钙[Ca（H2PO4）2·H2O，磷含量：18％]作为磷的肥料和KCl作为钾的肥料。为了避免在同一时间过度使用氮肥，损害稻秧，氮肥施在三次：底肥（50％），分蘖肥（30％）和穗肥（20％）。磷，钾肥分别为基肥施一次。幼苗生长在绝缘和干燥的土壤养分（苗特有的土壤，根据生长方式和水稻幼

7、苗的营养特点准备）。稻苗在4叶期移栽到准备好的塑料盆中。每盆有3个孔，每个孔有1幼苗，每个样品重复3次。植物覆盖避雨，以防雨水和氮肥的损失。其他管理人员均同于一般的生产领域。剑叶收集在抽穗期，液氮速冻，并储存于-80℃，以备使用。相对叶绿素含量，叶片含氮量的测量使用叶绿素含量计（CCM-200，OPTI-科学，美国）对在抽穗期剑叶中主茎的相对叶绿素含量进行了测量。在每个盆中收集三片叶子，分别测定每片叶子的上部，中部和下部。每个处理重复3次。将抽穗期的剑叶分