摘要
水稻作为重要的粮食作物之一，全球一半以上人口以水稻为主粮，因此水稻生产在保障粮食安全上具有重要作用。水稻生产过程中往往会受到干旱缺水与土壤盐碱化的双重制约;发展与推广节水抗旱稻(Water-saving and drought-resistance rice,WDR),也需要考虑目标种植区域对品种抗旱、耐盐的需求。因此挖掘、研究和利用抗旱、耐盐基因资源，从而提高品种抗旱性和耐盐性，是未来节水抗旱稻研究与种质创新的主要方向。线粒体是植物能量代谢的场所，在植物环境适应与抵抗非生物胁迫中有重要作用。但目前在水稻抗旱与耐盐基因资源挖掘研究领域更多的关注核基因组基因，而对线粒体基因的研究较少。基于线粒体及其基因在植物抗逆方面有着重要作用，因此有必要挖掘和研究线粒体抗逆基因，为后续进一步改良节水抗旱稻抗旱性与耐盐性提供新的基因资源。 籼稻与粳稻作为栽培稻的两种类型，它们在抗旱性与耐盐性上有较大的差异。籼稻与粳稻的线粒体基因组有很大的差异，具有许多籼稻或粳稻特有的线粒体基因。本研究从籼稻与粳稻线粒体基因组出发，挖掘和研究潜在的抗旱、耐盐线粒体基因资源。并以IRAT109和日本晴(NIP)两个背景的籼型与粳型同核异质体群体评估线粒体在水稻抗旱和耐盐中的作用，希望能评价线粒体在水稻抗旱、耐盐中的作用，鉴定和筛选到抗旱或耐盐相关线粒体基因，为节水抗旱稻抗旱性和耐盐性的改良提供新的基因资源。本研究取得以下主要结果: 1.线粒体基因组有许多开放阅读框(Open Reading Frame,ORF),我们通过籼稻与粳稻的线粒体基因组比较分析，筛选出15个籼、粳特有的orf。通过半定量验证，最终确定了7个粳稻特有orf和5个籼稻特有orf。通过对这12个籼、粳特有orf在胁迫下表达量检测及胁迫条件下的原核表达，我们发现orf124b、orf106e、orf84k、orf143a-1、orf108b-1、orf135b 等 6 个籼、粳特有 orf 响应渗透胁迫和盐胁迫，这些orf的原核表达会影响大肠杆菌的抗旱性与耐盐性。 2.通过对籼、粳同核异质体群体离体叶片失水速率、根系向重力性和深根比等避旱性形状上的测定与比较，发现:在离体叶片失水速率方面，IRAT109和NIP两个背景的籼、粳同核异体群体没有差异;在根系向重力性方面，IRAT109背景的粳稻同核异质群体平均重力响应速度显著高于籼型同核异质体群体，而NIP背景的籼、粳型同核异质体群体平均重力响应速度没有显著差异;在深根比方面，IRAT109和NIP两个背景的籼、粳同核异质体群体的深根比没有差异。 3.通过评价和比较IRAT109和NIP两个背景籼、粳同核异质体群体在种子萌发、芽期与三叶期在不同浓度的PEG6000和NaCl胁迫处理下的表型，发现:两个背景的籼、粳同核异质体群体在胁迫处理下的种子萌发率和芽期的芽长、根长以及三叶期的存活率都没有显著差异。上述结果表明籼、粳线粒体在上述耐旱与耐盐的性状上没有差异。 4.通过对IRAT109和NIP两个背景的籼、粳同核异质体群体在旱田中的株高、生物量、有效分蘖、主穗长、主穗结实率等重要农艺性状的考察,发现IRAT109背景的籼、粳同核异质体群体的株高有显著差异，其他性状没有显著差异;NIP背景的籼、粳同核异质体群体的有效分蘖有显著差异，结实率有极显著差异，其他性状没有显著差异。 综上所述，本研究鉴定到12个籼稻特有和粳稻特有的ORF。其中粳稻特有orf124b、orf106e、orf84k和籼稻特有orf143a-1、orf108b-1、orf135b 的原核表达会影响大肠杆菌耐旱性和耐盐性。推测有可能会影响水稻的抗旱性与耐盐性，需要后续进一步通过转化水稻材料进行深入研究。通过对IRAT109和NIP两个背景的籼、粳同核异质群体部分耐旱性和耐盐性性状的评价和比较，我们发现除了根尖向重力性在IRAT109背景下的籼、粳同核异质体群体间表现出显著差异外,其他表型性状在两个背景的籼、粳同核异质体群体间均没有显著差异。究其原因,一方面可能由于本研究所用的同核异质群体规模较小，核基因组的随机漂变可能会影响表型评价;另一方面也可能是因为本研究涉及的抗旱、耐盐表型生理机制有限，没能深入剖分抗旱、耐盐机制。后续研究中，我们需要增加同核异质体株系的数量，改善实验方法并依据抗旱性、耐盐性的不同机制覆盖更多有针对性的性状表型，以进一步研究籼稻、粳稻线粒体在水稻抗旱性、耐盐性中的作用。
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