水稻回交导入系耐盐碱超亲性状的表观遗传学基础

土壤盐碱化是人类面临的一个全球性问题，是限制农作物种植面积和产量的主要原因之一。中国重要商品粮基地之一的吉林省有400万亩处于落荒状态的盐碱地。根据国务院《东北地区振兴规划》，吉林省将从2010年开始每年增产50亿公斤商品粮，其中水稻需增产20亿公斤。实现这一目标的主要途径将依靠对吉林省西部盐碱地的水田开发。因此发现优异种质、培育耐盐碱水稻新品种是首要和长期任务。我们前期参与"全球水稻分子育种计划"和农业部948项目(2006G-51)创制出一批以来自全球200余份水稻为供体、以吉林省主推超级稻"吉粳88"为受体的回交导入群体。通过多年田间和实验室筛选，获得一批高耐盐碱的导入系，耐盐碱性状表现为超亲遗传。本项目以筛选出的盐碱耐性超亲导入系为材料，从表观遗传学角度探讨水稻对盐碱胁迫表现出超亲耐性的分子基础。本研究结果预期对进一步理解作物对盐碱胁迫的耐受机制和耐盐碱水稻新种质培育具有参考意义。

项目获资助后根据专家组的意见调整了研究内容和研究手段，主要是利用基因芯片分析技术研究水稻回交导入系盐碱耐性分子机制，取得了一些有新意的结果。主要发现点如下：1、通过回交导入系K83的全基因组的表达分析，我们发现1200个基因发生组成型表达变化，其中572个基因表现上调作用，654个表现下调作用。基因注释分析表明这些基因是有功能的，参与代谢、细胞过程、生物调控和多组织过程。位置、结合、催化作用、运输作用、细胞、膜部分、微分子组成等。2、进一步检测了K83和吉粳88在碱胁迫时的基因表达，我们发现吉粳88中共有778个基因表达发生变化，其中591个表现上调，187个表现下调作用。相反K83中只有503个基因表达有变化，其中347个基因表现上调作用，156个表现下调作用。这些数据表明K83的组成型表达基因可能主要负责增加耐盐碱性。进一步分析K83和吉粳88差异基因对碱胁迫的表达效应，结果表明292个基因表达发生改变，其中218个表现上调作用，74个表现下调作用。这些基因可能代表对盐碱的反应，但不代表增加K83的耐盐碱性。上调基因中只有34个基因是组成型高表达的，进一步支持了K83替代基因主要负责增加耐盐碱性。