摘要
水稻(Oryza sativa L.)是世界主要粮食作物之一，其高产、稳产对保障粮食安全有着重要意义。然而，近年来全球变暖带来的极端高温天气频发，导致水稻生产频繁遭遇高温热害，稻米产量和品质下降。筛选鉴定优异耐热种质和基因，并培育耐热水稻新品种是解决该问题的最有效手段。在前期工作中，团队筛选出了苗期极端耐热水稻种质32份和抽穗开花期强耐热水稻种质13份。在此基础上，本研究对贵辐籼2号和R41638等6份具有不同耐热性的水稻种质开展了生理生化相关指标的测定工作，分析了六份水稻种质在高温胁迫条件下(45℃，RH=75％)的生理变化特征，并利用RNA-Seq技术挖掘出响应水稻热胁迫的关键因子，主要研究结果如下: (1)通过苗期耐热性鉴定评价，本研究发现贵辐籼2号(GFX)、R41638(R4)和中旱368(ZH)等三份耐热水稻种质在恢复培养5天后长势良好，叶片未受到明显损伤，幼苗成活率高达95.3％-100％,而七丝软占2号(QSRZ)、玉Ⅱ30(YⅡ)和籼黄占(XHZ)等三份热敏感种质叶片明显发黄、皱缩、萎蔫，植株成活率仅有6.20％-16.67％。 (2)对高温胁迫后0h、1h和6h的水稻植株中过氧化氢和丙二醛含量进行了检测，发现六个水稻品系中的过氧化氢(H2O2)含量在热处理后均显著上升，但MDA含量呈现出不同的变化趋势，在耐热水稻种质GFX中，MDA含量在高温胁迫后呈现出先下降后上升的趋势;在热敏感水稻种质QSRZ中，MDA含量无显著变化，但在热处理后6h显著增加;而在R4、ZH和YII中，MDA含量呈现出先上升后下降的趋势。此外，对抗氧化酶活性进行检测，本研究发现高温可引起SOD、POD和CAT等酶活显著下降。 (3)利用转录组测序分析六份水稻种质热处理前后植株体内的基因表达变化情况，热处理1h后，在耐热水稻种质GFX、R4和ZH中分别检测到5245、7093和5876个DEGs，在热敏感水稻品系QSRZ、YII和XHZ中分别检测到9673、9261和6078个DEGs,KEGG富集分析表明，上述差异表达基因均显著富集在“内质网蛋白质加工”和“光合生物碳固定”等代谢途径中。 (4)在共有差异表达基因中本研究鉴定到122个转录因子，其中多数bZIP、AP2/ERF、HSF、MYB、bHLH和NAC家族转录因子在热胁迫后表达量显著上升。此外，对基因功能进行分析发现，以上筛选得到的基因部分已报道与内质网胁迫响应、耐热、耐盐、耐旱等非生物胁迫逆境响应相关过程密切相关;利用PPI网络分析得出六个品系共有的2410个DEGs和耐热特异性表达基因DEGs的进行分析，共筛选到了关键节点基因50个，包括HSP家族成员、肽基-脯氨酰顺反异构酶和油菜素内酯信号等。 综上，本研究对6份具有不同耐热性的水稻种质苗期开展了生理生化特性和转录组比较分析，揭示了这6份水稻种质在热处理前后的生理变化及响应热胁迫的分子机制，并通过PPI网络分析挖掘到水稻响应热胁迫的关键因子，为后续揭示水稻耐热性的遗传调控机制奠定了基础。
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