水稻OsSTSL2基因的克隆及功能研究

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水稻(Oryza sativa L.)是世界上主要的粮食作物,随着世界人口日益增长、可耕种土地面积的减少,粮食紧缺将成为全球人类要面临的严重问题。培育出抗盐、抗旱、抗高温等抗胁迫能力强的水稻新品种,是保证恶劣环境下水稻能够稳产、增产的主要手段。近年来,随着分子标记辅助育种的发展,挖掘出大量与优良品性相关的基因尤显重要。  前期研究发现了一个在拟南芥中对ABA、 NaCl、PEG胁迫响应的基因STS1,并在水稻中找到了STS1的一个同源基因OsSTSL2。本研究以OsSTSL2基因的克隆、转化和功能分析为主。生物信息学分析显示OsSTSL2基因编码一个含有7个WD40结构域的WD40蛋白,OsSTSL2的启动子序列含有4个ABRE(DRE),2个LTRE,5个MYB,14个MYC等多个抗逆性相关的顺式作用元件。Real-timePCR结果显示OsSTSL2基因能受ABA和NaCl的诱导、受PEG的抑制。在ABA和NaCl处理下,OsSTSL2在叶和根中的表达量均上调,处理3h时表达量最高,且在根中的表达量高于叶片中,随处理时间的增长表达量逐渐下降。而在PEG处理下,OsSTSL2在叶和根中的表达量均有下降趋势,根中表达量低于叶片中。  构建OsSTSL2基因的过表达载体、GFP载体、GUS载体和RNAi载体,并转化拟南芥Col-0野生型和水稻日本晴,筛选获得转基因T3代的多个株系。对转OsSTSL2-GUS的T3代纯合拟南芥植株进行GUS组织化学染色分析,发现OsSTSL2在植株的多种组织中都有表达,且在根茎交界处、侧根原基、叶片表皮毛等组织GUS染色最深,雄蕊、种子和未成熟的果荚这几种组织不能被染色,但是成熟的果荚能够被染色。亚细胞定位分析发现,该基因在细胞核和细胞质中都有表达。  在相同生长条件下,OsSTSL2过表达T3代纯合植株在整个生长周期内的表型与野生型存在明显的差异,株高、叶片、花、果荚等生物量明显小于野生型植株,尤其是主根长度和侧根数目显著少于野生型。NaCl胁迫处理下OsSTSL2过表达拟南芥萌发率低于野生型,但转绿率明显高于野生型。ABA处理下OsSTSL2过表达拟南芥的一个株系(OV-52-3)的萌发率显著高于野生型,主根伸长度和侧根数目对ABA不敏感。 OsSTSL2过表达植株在高温和干旱胁迫下有更高的存活率。BiFC验证结果发现OsSTSL2与OsABI2之间存在相互作用,且作用位点在气孔。  通过对OsSTSL2基因的初步研究,我们发现该基因对ABA和NaCl响应,可能在植物的生长发育和逆境胁迫反应中发挥着重要作用,尤其是在干旱和高温胁迫下能提高植物的抗逆性。
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