以特大粒水稻品系TD70和小粒籼稻品种Kasalath不同发育时期的幼穗为材料,进行转录组测序。将获得的干净读长(Clean read)以日本晴(Nipponbare)基因组序列为参考序列进行比对得到唯一读长(即特异比对到参考基因组的read),利用FPKM(Fragments per kilobase of transcript per million fragments mapped)法计算基因的表达水平,用GO和KEGG数据库对差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs)进行功能注释、富集和代谢通路分析。结果表明,在水稻幼穗发育的早、中、后3个时期分别获得3618个、4183个和5254个差异表达基因,共有4374个差异表达基因得到基因本体(Gene ontology,GO)功能注释,主要涉及DNA结合、细胞进程、信号转导、细胞增殖、物质转运等方面。KEGG数据库分析结果显示,差异表达基因共涉及119条代谢通路,主要包括淀粉和蔗糖代谢通路、内质网中的蛋白质加工通路、激素信号转导通路、细胞周期蛋白通路等。
为了揭示DNA甲基化在高表达转C4-PEPC基因水稻植株对干旱耐性的作用,以高表达转玉米C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因(C4-PEPC)水稻(PC)和受体Kitaake(WT)为材料,通过发芽、水培和盆栽试验,研究了施用不同浓度的DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5-azaC)联合干旱处理下,水稻芽期、苗期和生育后期,种子发芽率,苗期叶片的相对含水量、丙二醛、脯氨酸、总可溶性糖及其组分及总可溶性蛋白含量、PEPC酶活性以及C4-PEPC、与蔗糖非发酵1(SNF1)相关蛋白激酶(SNF1-related protein kinase 1s,SnRK1s)基因以及甲基转移酶基因表达的变化、剑叶的光合参数,并最后考察产量构成因子的变化,结果表明:5-azaC对水稻芽期和苗期干旱胁迫作用浓度呈现剂量效应,即低浓度促进,而高浓度抑制,其中作用浓度:芽期<苗期;而对芽期和苗期有促进和抑制的2个浓度外施于水稻生育后期的水稻植株后,则出现恶化的效应,表现为矮化、剑叶的净光合速率和单株产量下降。在缓解干旱抑制的浓度下,PC苗期的缓解效果好于WT,这种差异的表现与其内源蔗糖、SnRK1s基因以及OsMET1b的表达差异同步,而且PC叶片C4-PEPC表达对不同浓度的5-azaC处理也呈现剂量效应。综上,DNA甲基化参与了水稻干旱响应,但不同生育期表现不同,其中糖信号在调节DNA甲基化增强PC干旱耐性起重要作用。
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