摘要
我国酸性土壤面积约占全国土地总面积的22.7％,主要分布于云贵川以东、长江以南的东南红壤丘陵地区。土壤酸化主要由自然灾害和农业活动等一系列原因造成，如酸雨沉降、长期过量施用氮肥等。我国60％以上的人口以水稻为主食，我国水稻种植的两大优势区域为长江流域和东南沿海地区，与我国酸性土壤的分布高度重合，这导致优良的水热条件无法得到充分利用，进而影响水稻的产量与品质。低磷(Phosphorus,P)和镉(Cadmium,Cd)胁迫是酸性土壤上限制作物生产力的两大主要因素，通过改良土壤虽已取得一定的成效，但同时也存在着一些问题，例如不可再生资源的耗竭、经济成本高，容易造成水体富营养化，可持续性差等。此外，相比于其他农作物，水稻在生长过程中易从土壤中吸收Cd并经过地上部转运最终富集在籽粒中。本研究从生产实际出发，以我国酸性土壤上存在的两大逆境胁迫为背景，一方面研究氯化钠(Sodiumchloride,NaCl)是如何参与水稻对缺P胁迫的响应，另一方面研究水稻NAC(NAM、ATAF1/2和CUC1/2)基因家族成员OsNAC4是如何调控水稻Cd耐性与籽粒Cd积累的分子生理机制，主要取得的研究成果如下: 1、研究发现外源添加NaCl能显著缓解缺P水稻的生长，且NaCl浓度在10mM时其缓解效果最为显著。进一步分析发现NaCl提高了水稻根系和地上部的可溶性Pi含量，说明NaCl确实参与了水稻对缺P胁迫的响应。在缺P条件下，外源添加10mMNaCl能显著提高根系细胞壁果胶含量、果胶甲酯酶(pectinmethylesterase,PME)活性，降低果胶甲基酯化度来促进缺P水稻根细胞壁P的再利用过程。同时，NaCl处理上调了磷酸盐转运蛋白OsPT6基因的表达量来促进P从根系向地上部的转运。 2、通过微阵列分析与转录组测序，筛选到一个与水稻Cd胁迫相关的水稻NAC(NoApicalMeristem[NAM];ArabidopsisTranscriptionActivationFactor[ATAF];Cup-shapedCotyledon[CUC]-related)基因家族成员OsNAC4。OsNAC4转录因子定位于细胞核，并在水稻不同生长发育期呈组成型表达。Cd能够诱导OsNAC4基因的表达，与野生型中花11(ZH)相比，OsNAC4功能缺失的突变体osnac4对Cd耐受性增加，即Cd胁迫下osnac4突变体拥有更长的根伸长量和更重的根系及地上部生物量，相反，OsNAC4过表达的材料对Cd更加敏感，表明OsNAC4参与水稻对Cd胁迫的响应。进一步分析发现，osnac4突变体根系和地上部Cd积累量降低，而OsNAC4过表达材料根系和地上部Cd积累量增加，表明OsNAC4可能调控Cd吸收转运相关基因的表达。通过定量PCR(RT-qPCR)、酵母单杂交、双荧光素酶报告试验(Dual-Luciferase)和染色质免疫共沉淀定量PCR(ChIP-qPCR)等一系列的研究发现OsNAC4可通过直接结合NATURALRESISTANCEASSOCIATEDMACROPH4GEPROTEIN1(OsNRAMP1）的启动子区域正向调控OsNRAMP1的表达，在osnac4突变体背景下过表达OsNRAMP1后osnac4突变体的耐Cd表型消失。综上所述，我们明确了转录因子OsNAC4在OsNRAMP1的上游通过调控根系对Cd的吸收来调控水稻对Cd的耐性以及籽粒Cd积累量。
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