耐盐水稻品系M58的耐盐机理及耐盐相关基因的分离与功能验证

Rice is the staple food for more than half of the world's population, and has important significance in the food security. Because the harm of soil salinization has become increasingly serious, the crop production is facing huge risk. To develop salt-tolerant rice varieties is the most economic and effective way for exploiting saline-alkali land and coastal beach. We have used pollen tube pathway and large fragments transformation technology by BIBAC carrier to introduce genomic DNA or large fragments of total DNA of wild salt-tolerant Phragmites into rice, and have been screening salt-tolerant materials for 9 years, salt-tolerant rice lines which can be cultivated directly in coastal mud flat containing 0.3%- 0.4% salt have been bred achived. This project will further use large fragments transformation technology by BIBAC carrier to innovate salt-tolerant rice germplasm, and use stable genetic salt-tolerant rice line to reveal the differential protein expression profiles under the condition of salt stress or control by iTRAQ technology. Subsequently, find out salt resistance related proteins by protein database retrieval and derive its cDNA sequence; then we will design degenerate primers according to the homologous sequence, and clone overall length cDNA of salt-tolerant genes by RACE. Eventually, expression vector of salt tolerant gene will be constructed and transgenic rice will be obtained to confirm the function of Salt tolerance related genes. This project will expand the bank of plant salt-tolerant genes, and provide new materials for developing salt-tolerant genetically modified crops and studying the mechanism of salt tolerance of crops.

水稻是世界一半以上人口的主粮，在粮食安全中有着重要的意义。由于土壤盐渍化的危害日趋严重，使得作物生产面临巨大风险；为了开发利用盐碱地和沿海滩涂，培育耐盐水稻新品种是最经济、最有效的方法。我们利用花粉管通道技术和BIBAC载体大片段转化技术将野生耐盐植物芦苇的总DNA或大片段导入水稻，经9年耐盐筛选，已培育出能在含盐分0.3%-0.4%的沿海滩涂上直接种植的耐盐水稻品系。本项目将进一步利用BIBAC载体大片段转化技术创新耐盐水稻种质，并利用已能稳定遗传的耐盐水稻品系，通过iTRAQ技术揭示其在盐胁迫和对照条件下的差异蛋白质表达谱，通过蛋白质数据库检索，找出耐盐相关蛋白，推导其cDNA序列；根据同源序列设计简并引物，利用RACE技术克隆耐盐基因全长cDNA，构建耐盐基因表达载体并转化水稻进行耐盐功能验证。本项目对于拓建植物耐盐基因资源库，为耐盐转基因作物的培育和作物的耐盐机理研究提供新材料。

水稻是世界上一半以上人口的主粮，在粮食安全中有着重要的意义。由于土壤盐渍化的危害日趋严重，使得作物生产面临巨大风险；培育耐盐水稻新品种是开发利用盐碱地和沿海滩涂的最经济、最有效的方法。本项目利用大片段转化技术将野生盐生植物芦苇的基因组DNA以大片段形式导入水稻，创新了耐盐水稻新种质。从形态学、生理学、转录组学方面研究了耐盐品系58M的耐盐机理。项目为拓建植物耐盐基因资源库，揭示水稻耐盐机理奠定基础理论和为培育耐盐水稻品种提供新材料。 . 本项目研究的主要结论是：.① 盐生植物的大片段转化技术是实现多基因转化、创新耐盐水稻新种质的有效方法。本项目建立了制备Mb级芦苇基因组DNA的方法，构建了50-200kb大片段DNA-BIBAC载体，并成功遗传转化水稻。.② 水稻的耐盐性表现复杂。不同耐盐性材料，或同一材料在不同生育期，以及不同浓度的盐胁迫条件下，耐盐性表现不一致，单一评价指标无法得出耐盐性强弱的一致结论。经综合观测各个时期不同耐盐相关指标，并运用相关性分析、主成分分析和隶属函数等方法，对水稻耐盐性的评价指标进行了筛选，讨论了不同耐盐性评价指标在耐盐性分析与评价中的意义。.③ 比较了耐盐品系58M和盐敏感品系58L在盐胁迫下的生长发育、产量性状、生理过程差异，探讨了58M耐盐性的生理机制。发现低盐胁迫主要影响二次枝梗的分化，高盐胁迫则主要导致颖花退化，58M的耐盐性主要表现为颖花退化率显著低于58L。.④ 取盐胁迫下58M和58L的幼穗进行了转录组学分析，揭示了盐胁迫下差异表达的基因，获取了较全面的基因功能信息，进行了耐盐基因调控的网络分析。发现这些差异基因主要富集在次生代谢物的生物合成、氨基酸的生物合成、植物激素信号转导、苯丙烷类生物合成等与耐盐关联十分密切的途径。.⑤ 基于转录组学数据鉴定出12个水稻OsWRKY成员，过表达OsWRKY50和OsWRKY78于拟南芥和水稻，对其参与响应盐胁迫的调控机制进行功能解析。