花期前后稻穗水分含量與水通道蛋白基因家族表達關(guān)系研究

趙亞波,李培綱,陳澤愷,潘偉槐,莫億偉

(1.紹興文理學院 生命科學學院,浙江 紹興　312000;2.寧波大學 海洋學院,浙江 寧波　315211 )

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花期前后稻穗水分含量與水通道蛋白基因家族表達關(guān)系研究

趙亞波1,2,李培綱1,陳澤愷1,潘偉槐1,莫億偉1

(1.紹興文理學院 生命科學學院,浙江 紹興312000;2.寧波大學 海洋學院,浙江 寧波315211 )

摘要：水稻開花期對水分脅迫非常敏感直接影響到結(jié)實率,水分供應(yīng)主要通過水通道蛋白來完成,為了研究花期稻穗的相對含水量與水通道蛋白基因家族表達關(guān)系,探討了花期前后6 d 內(nèi)稻穗相對含水量和水通道蛋白基因家族表達變化情況。結(jié)果表明:稻穗相對含水量呈現(xiàn)出花前最高、開花期當天最低、花后則再出現(xiàn)增加的規(guī)律;OsPIPs基因家族中各個基因表達的水平各有不同,其中OsPIP1-1、OsPIP1-2、OsPIP2-1、OsPIP2-4和OsPIP2-7的表達水平較高,而OsPIP2-2、OsPIP2-3和OsPIP2-8這3個基因在花期前后6 d內(nèi)均沒有表達;所有OsTIPs基因均表達,但不同OsTIPs基因表達水平在不同時間點也不同,除了OsTIP1-2 和OsTIP3-2的表達量比較低外,其他基因的表達量都非常高;OsNIPs基因家族表達量相對較低,如OsNIP1-2、OsNIP1-4、OsNIP3-2及OsNIP3-3在花期前后均不表達,而OsNIP1-1和OsNIP2-1在開花前后均有表達,并在開花當天表達量較高;OsNIP2-2和OsNIP3-1只在開花當天表達,其他時間點均不表達;OsSIP1-1、OsSIP1-2在花前3 d 表達量最大,而OsSIP2-1在開花當天表達量最大,其他時間點略有下降。結(jié)果說明,花期前后稻穗內(nèi)OsTIPs基因家族表達量最大,然后是OsPIPs基因家族,再次是OsSIPs和OsNIPs基因家族,但不同水通道蛋白家族各基因間的表達模式也不同,可能與對水分運輸分工差異有關(guān),其中液泡膜水通道蛋白在水稻花期水分運輸中的作用可能最大。

關(guān)鍵詞：水稻;稻穗;水通道蛋白;相對含水量;基因表達

隨著全球氣候變暖,農(nóng)田干旱缺水問題變得更加嚴重,有專家預(yù)測到2030年水稻產(chǎn)量至少需要增加50%,才能滿足以稻米為主食國家的糧食需求,但目前水稻產(chǎn)量已受制于水資源短缺和環(huán)境退化等因素的影響[1]。有研究表明,在稻穗生長發(fā)育及花期前后的缺水脅迫對水稻籽粒形態(tài)性狀、產(chǎn)量構(gòu)成的影響最大[2]。植物體內(nèi)水分的運輸主要通過水通道蛋白(Aquaporin)來完成,高等植物的細胞質(zhì)膜和液泡膜上均存在種類豐富的水通道蛋白,分布廣泛且具組織特異性,水通道蛋白轉(zhuǎn)運水的效率也是其他轉(zhuǎn)運蛋白所無法比擬的[3],水通道蛋白在細胞膜上組成“孔道”,可控制水分進出細胞的過程。植物水通道蛋白主要有4類,即質(zhì)膜嵌入蛋白(Plasma membrane intrinsicprotein,PIP)、液泡膜嵌入蛋白(Tonoplast intrinsicprotein,TIP)、類Nod26嵌入蛋白(Nudolin 26-like intrinsic protein,NIP)和膜嵌入小分子堿性蛋白(Small basic intrinsic protein,SIP),正是這些蛋白家族的存在,使得水分子可以快速地跨膜運輸[4]。水通道蛋白是細胞間和細胞內(nèi)水分運輸?shù)闹饕ǖ?其運輸和調(diào)控對于植物細胞水分穩(wěn)定和脅迫的響應(yīng)均具重要作用[5]。如在干旱條件下,水通道蛋白可通過阻止水分丟失,為降低干旱脅迫贏得了時間[6]。有研究表明,玉米根系的PIP2-5基因,在水分虧缺條件下其表達量明顯增加,有利于根系對水分吸收[7],李仁等[8]發(fā)現(xiàn)番茄(Solanumlycopersicum)水通道蛋白SIAQP表達水平受逆境條件的調(diào)控,并影響到水分的供應(yīng)。超表達OsPIP2-6或OsPIP1-1能顯著提高水稻抗旱和抗鹽的能力[9-10],同時在淹水條件下OsPIP2-6還能發(fā)揮其水分外排的功能,將水分快速排出體外,以此來保證植物體水分平衡。

水稻幼穗分化和花期前后對水分最為敏感,此時受高溫脅迫對水稻的籽粒充實影響很大[11],水分虧缺脅迫導致水稻產(chǎn)量下降超過其他所有非生物脅迫影響的總和[12],高溫脅迫通常會引起植物水分脅迫[13],因為在水分脅迫下,籽粒灌漿過程中多種淀粉合成酶活性降低,導致籽粒生長和灌漿速率降低[14]。所以,花期前后水分供應(yīng)是否充足是影響受精和充實的關(guān)鍵因素之一,而單個穎花的水分供應(yīng)來源于稻穗的水分供應(yīng)能力,稻穗內(nèi)水分的供應(yīng)可能與水通道蛋白基因表達及活性有關(guān),有研究表明,水稻的4個類型共有33種水通道蛋白,不同的水通道蛋白的功能可能也不盡相同[15],而且隨著全球溫度的上升加速,通過基因工程的方法提高糧食作物對干旱的耐性將是未來研究的熱點[16]。作為稻穗水分運輸?shù)闹饕緩?水通道蛋白基因家族表達與稻穗水分供應(yīng)關(guān)系卻鮮有報道,本研究探討花期前后稻穗的水分供應(yīng)與水通道蛋白基因家族表達關(guān)系,為逆境條件下水稻花期稻穗的水分供應(yīng)提供新的指導。

1材料和方法

1.1試驗材料與處理

供試水稻(OryzasativaL.)為粳稻品種中花11,于2014年4月20日在紹興文理學院生物實驗基地盆栽(直徑45 cm、高25 cm),每個盆內(nèi)裝過篩并充分拌勻的沙壤土10 kg,按常規(guī)方式管理,水稻開花期在2014年7月初到8月中旬,根據(jù)陳義芳等[17]研究發(fā)現(xiàn),水稻在花后0～12 d是穎果發(fā)育最快的時期,之后則趨于平穩(wěn),所以參照馮九煥等[18]的方法當?shù)局曛髑o和次二莖處于幼穗分化第7期(即花粉粒內(nèi)容物充實期,開花前6 d左右)時開始,每個處理選取穗型大小基本一致的40～50個稻穗掛牌標記發(fā)育時期,水稻盛花當天標記為開花時期,在花前6 d至花后6 d內(nèi)每隔3 d 取樣1 次(分別稱前6、前3、0、后3、后6),分別用于測定稻穗相對含水量并提取RNA。相對含水量的測定方法是每次取新鮮稻穗5～6個,先稱鮮質(zhì)量(FW1),再用清水浸泡12 h 后,吸水紙吸干表面水分,稱重(FW2),再用105 ℃殺青10 min,在75 ℃烘24 h至恒重,稱取干質(zhì)量(FW3),按公式:(FW1-FW3)/(FW2-FW3)×100% 計算稻穗相對含水量。

1.2根尖根毛區(qū)的水通道蛋白相關(guān)基因表達的檢測

為了檢測花期不同時間內(nèi)稻穗內(nèi)水通道蛋白基因家族表達的差異,取花期前后不同時期的稻穗,使用RNA plant Regeant(TIANGEN,北京)提取植物總RNA,cDNA第一鏈合成使用Reverse Transcriptase M-MLV(RNAase H)反轉(zhuǎn)錄酶(TIANGEN,北京),具體方法參照試劑盒說明書。采用半定量RT-PCR方法檢測不同基因在稻穗開花前后的表達,利用水通道蛋白基因RT-PCR引物(表1),以cDNA第一鏈為模板進行PCR擴增,反應(yīng)體系(25 μL)(TIANGEN,北京):2×MasterMix 12.5 μL，Primer F(10 μmol/L)1.0 μL，Primer R(10 μmol/L)1.0 μL，cDNA第一鏈0.7～1.1 μL(根據(jù)Actin擴增的電泳結(jié)果進行調(diào)整)、加適量的ddH2O μL補足到25 μL。

表1　水通道蛋白基因家族表達半定量PCR檢測引物表

PCR反應(yīng)條件是:94 ℃變性5 min;94 ℃變性30 s,59.5 ℃退火45 s,72 ℃延伸45 s,32個循環(huán);72 ℃保溫5 min;內(nèi)參基因β-actin上游引物5′-CAGCACATTCCAGCAGATGT-3′,β-actin下游引物 5′-TAGGCCGGTTGAAAACTTTG-3′,內(nèi)參基因β-actin的PCR反應(yīng)條件是:94 ℃變性5 min;94 ℃變性30 s,56.5 ℃退火45 s,72 ℃延伸45 s,30個循環(huán);72 ℃保溫10 min,PCR 擴增產(chǎn)物以1.2%的瓊脂糖凝膠電泳檢測。以上所有試驗重復取樣3次分別進行試驗,取代表性的圖片表示試驗結(jié)果,其中相對含水量的試驗結(jié)果用平均值±標準差表示。

2結(jié)果與分析

2.1花期前后稻穗相對含水量變化

從圖1可知,在花前6,3 d 稻穗的含水量都很高,基本都保持在97%左右。在盛花期當天,稻穗相對含水量下降到70.52%左右;在花后3 d及灌漿過程中,稻穗相對含水量又明顯增加,到花后第6天又恢復達到84.29%左右。因此,開花前稻穗的相對含水量都表現(xiàn)出由高到低，然后再增加的變化規(guī)律,而盛花當天稻穗相對含水量最低,可能是因為開花所以大量的穎殼張開,穎果內(nèi)的水分過度散失所致,從而使相對含水量下降。

圖1　花期前后稻穗相對含水量的變化

2.2花期前后水通道蛋白OsPIPs基因家族表達分析

由圖2可知,OsPIPs基因家族成員在花期前后6 d內(nèi),對于OsPIP1基因家族來說,OsPIP1-1在花期前后表達均比較高,但在開花當天的表達量略有下降,花后表達量又明顯增加,在花后第6天達到最高水平;OsPIP1-2在花期前后的表達量均比較高,并在開花當天表達量最高;OsPIP1-3在花期前后均處于較低的表達水平,其中在花前、花后6 d及開花當天的表達量都很低,花前3 d及花后3 d表達量略有增加。而OsPIP2基因家族的8個基因中,OsPIP2-1從花前6 d表達量逐漸下降,在花后3 d達到最低值,花后第6天時又再明顯增加;OsPIP2-4在花前3 d和開花當天的表達量最高,花后3 d則出現(xiàn)下降的情況,花后6 d表達量又明顯增加;OsPIP2-5在花前6 d沒有表達,但從花前3 d開始至花后6 d表達量逐漸升高;OsPIP2-6在開花前表達量均處于較低的水平,開花當天表達量明顯增加并達最高水平,然后花后3 d又明顯降低到花前表達水平,在花后6 d又明顯增加;OsPIP2-7在花前6,3 d的表達水平都比較高,在開花當天則表達量最低,花后3 d表達量又在增加。而OsPIP2-2、OsPIP2-3和OsPIP2-8這3個基因在花期前后6 d內(nèi)均沒有表達。結(jié)果說明,在花期前后6 d內(nèi),OsPIPs基因家族中11個基因表達的水平各有不同,其中OsPIP1-1、OsPIP1-2、OsPIP2-1、OsPIP2-4、OsPIP2-7的表達水平相對較高,有些基因則在整個過程中完全沒有表達。

圖2　花期前后OsPIPs基因家族的相對表達水平

從圖3可知,在OsTIP1基因家族的2個基因中,OsTIP1-1在水稻花期前后均保持很高的表達水平,從花前6 d開始表達量不斷增加,在開花當天明顯增加,并在花后第6天達到最大表達量;OsTIP1-2只有在開花當天及花后3 d有微量的表達,其他時期均不表達。OsTIP2基因家族的2個基因中,OsTIP2-1在花前6 d表達水平非常低,然后花前3 d開始增加,但開花當天的表達量則又降低,花后3 d增加到最大的表達量,然后又開始下降;OsTIP2-2的表達量在整個時期都非常高,并在開花當天表達量達最高水平。

OsTIP3-1在開花前期表達量逐漸增加,開花當天的表達量達到最大的峰值,花后表達量又逐漸下降;OsTIP3-2只在開花當天和花后6 d有較低的表達,其他時期均不表達;OsTIP4-1只有在花后3 d的表達量相對較低,其他各時期的表達量非常高;OsTIP4-2從花前6 d開始表達量不斷增加,在開花當天達到最大值,然后表達水平開始下降;OsTIP4-3在花前6 d到花前3 d時略有下降,然后在開花當天明顯增加,花后3 d又開始下降,最后在花后6 d又明顯增加達最高的表達水平。OsTIP5-1在開花前6 d及花前3 d的表達量很高,而開花當天及花后3 d表達量下降,花后6 d又開始增加。結(jié)果說明了OsTIPs家族的10個水通道蛋白基因中,在花期前后6 d內(nèi)每個基因均有表達,但是表達量的大小和出現(xiàn)的時間順序卻是不同的。

圖3　花期前后水通道蛋白OsTIPs基因家族表達水平

2.4花期前后水通道蛋白OsNIPs基因家族表達的分析

從圖4可知,OsNIPs基因家族在花期前后6 d內(nèi)整體的表達水平相對最低,其中OsNIP1-1從花前6 d到花前3 d表達量出現(xiàn)下降的現(xiàn)象,在開花當天表達量又明顯增加,花后3 d又明顯下降,而花后6 d又出現(xiàn)明顯增加的現(xiàn)象;OsNIP2-1從花前6 d開始表達量增加,到花前3 d及開花當天表達量明顯提高,之后表達量逐漸下降;OsNIP2-2、OsNIP3-1只在開花當天表達,花期前后的其他時期均不表達;OsNIP4-1只在花后6 d才表現(xiàn)出較高的水平,而其他時期不表達。OsNIP1-2、OsNIP1-4、OsNIP3-2以及OsNIP3-3在水稻的花期前后6 d內(nèi)均無表達。結(jié)果說明OsNIPs家族的9個水通道蛋白基因中,在花期前后6 d內(nèi)只有5個基因在某個時期有表達,其他基因均不表達,其中在開花當天集中表達的有OsNIP1-1、OsNIP2-1、OsNIP2-2和OsNIP3-1,說明這幾個基因的開花當天可能對稻穗的水分運輸有著一定的作用,其他的時間點內(nèi)表達很少。

圖4　花期前后OsNIPs基因家族的相對表達量

從圖5可知,OsSIP1-1在花前6 d到花前3 d,表達量略有增加,隨后就開始下降,OsSIP1-2與OsSIP1-1類似,但是在開花前期的表達量較低,在花后表達量則非常低;而OsSIP2-1在開花前期表達量逐漸增加,開花當天表達量達到最大值,之后表達量逐漸降低。在OsSIPs基因家族中,OsSIP2-1的表達量最大,并在開花當天表達量最高,可能在水分運輸?shù)倪^程中起著關(guān)鍵的作用,其他的2個基因在花后的表達則比較低。

圖5　花期前后OsSIPs基因家族的相對表達量

3討論與結(jié)論

3.1花期前后稻穗水分含量的變化與水通道蛋白基因的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn),在盛花期當天,稻穗的相對含水量下降到最低水平,可能與穎殼均處于開張狀態(tài)有關(guān),水分過度散失所致,這與我們前期研究發(fā)現(xiàn),不同年份的溫度下,開花當天的稻穗的水分含量是最低的相一致。因為有研究表明,相對含水量下降過大可能是整個稻穗的蒸騰強度增強所致,而在高溫脅迫下,穎花開穎時間長開張角度變大,水分散失就更多[19],正是由于水分過度散失,使水稻開花當天對高溫、干旱等逆境脅迫更為敏感,從而使受精率和結(jié)實率下降[20-21]。而花前和花后穎殼處于關(guān)閉狀態(tài),水分散失機率相對較少,所以花后稻穗內(nèi)的相對含水量重新增加,再加上花后隨著胚乳發(fā)育和灌漿物質(zhì)積累也促進水分向籽粒運輸,相應(yīng)地提高了稻穗的相對含水量。因此,開花當天稻穗相對含水量很低,更易受逆境條件引起的水分脅迫影響,因此,水稻花期必須保證充足水分供應(yīng)以利于受精過程正常進行。

稻穗內(nèi)水分向穎果供應(yīng)需要水通道蛋白的參與,因為有研究表明,在根系內(nèi)流經(jīng)根細胞的水約70%～90%都要通過水通道蛋白運輸作用,水通道蛋白還控制著氣孔開關(guān)等生理生化的過程[4-5],前人研究表明,干旱脅迫條件下,超表達后PIP1能促進氣孔的關(guān)閉,并能顯著提高轉(zhuǎn)基因植株的耐旱能力[22],并且發(fā)現(xiàn)玉米的ZmPIPs蛋白主要分布在氣孔的復合物內(nèi)[23],因此,水通道蛋白對維持細胞的水勢平衡起著重要作用。本研究發(fā)現(xiàn),在水稻花期需要多種水通道蛋白基因的表達,如在開花當天有很多個水通道蛋白表達量明顯提高或者表達量明顯的下調(diào),這可能是與不同的基因?qū)Υ藭r的水分運輸有不同的分工有關(guān),因為有研究發(fā)現(xiàn)超表達OsPIP1-1后顯著增強水稻水分的運輸能力[10],這與本研究發(fā)現(xiàn)OsPIP1-1表達量在開花當天明顯下降與稻穗相對含水量降低的結(jié)果類似,但也有研究發(fā)現(xiàn),過量表達OsPIP2-1還能抑制過多的水分進入水稻根細胞的現(xiàn)象,或超表達某些水通道蛋白基因后,反而促進了轉(zhuǎn)基因植株對水分脅迫更為敏感,加促植株的死亡的現(xiàn)象[24]。因此,稻穗內(nèi)水通道蛋白可能也有著雙重的作用,一方面保證水分通過水通道蛋白的調(diào)控進入稻穗的細胞,另一方面,還可能同時具有將水分排到細胞外的能力,如何維持水稻開花當天的稻穗內(nèi)水分的動態(tài)平衡,對提高稻穗的相對含水量則顯得非常重要,但水通道蛋白基因家族通過何種途徑調(diào)控稻穗水分供應(yīng)機制還需進行深入研究。

3.2花期前后水通道蛋白基因家族間不同基因的表達差異

本研究發(fā)現(xiàn),在水稻花期前后6 d內(nèi),不同類型的水通道蛋白基因家族的表達模式是不同的,相同類型的水通道蛋白不同基因間的表達模式也不盡相同。其中整體表達水平最高的是OsTIPs,在OsTIPs的10個基因中全部表達,其次是OsPIPs,在OsPIPs基因家族的11個基因中,有8個表達水平比較高,只有3個基因在此時期內(nèi)沒有表達;再次是OsSIPs,在OsSIPs的3個基因全部表達;表達最低的是OsNIPs基因家族,可能是OsNIPs基因家族的水稻的花器官內(nèi)的整體表達水平較低,這與前人在葉片和根系及花藥中研究發(fā)現(xiàn),OsNIPs基因家族在花藥中的表達量明顯低于葉片和根系的結(jié)果類似[15]。所以基于本研究結(jié)果可知,不同類型的水通道蛋白基因家族的表達模式可能有組織特異性。其中,OsTIPs基因家族表達水平最高,整個基因家族在不同時間點內(nèi)均有表達,說明花期前后液泡膜上的水通道蛋白可能在水分運輸?shù)倪^程中起著非常重要的調(diào)控作用。因為有類似研究表明,種子在發(fā)育和成熟過程中通常伴隨著細胞質(zhì)滲透勢的協(xié)同變化,而滲透勢改變則通過水通道蛋白快速的調(diào)節(jié)水分的供給水平從而達到滲透平衡,為種子發(fā)育提供最佳條件[25],此外,人參(Panaxginsengy)水通道蛋白基因PgTIP1在擬南芥中超表達時,顯著促進了擬南芥種子發(fā)育速度，種子體積和重量均顯著高于野生型[26],所以稻穗內(nèi)液泡水通道蛋白OsTIPs基因家族的表達量增加,可能更利于通過液泡的滲透調(diào)節(jié)對水分的吸收,促進花器官細胞體積的膨大,以便利于開花和籽粒的充實。

OsPIPs基因家族中的OsPIP1-1和OsPIP1-2在整個開花期間的表達量一直很高,OsPIP2-4、OsPIP2-6在開花當天的表達量升高,這與前人發(fā)現(xiàn)超表達OsPIP2-6或OsPIP1-1均能提高水稻抗旱和抗鹽能力結(jié)果相似[9-10],說明這些基因在維持稻穗內(nèi)的水分平衡可能發(fā)揮著重要作用。前人研究還發(fā)現(xiàn),在OsPIP2-1表達的前提下,超表達OsPIP1-1后顯著增強水的運輸能力[10],說明水通道蛋白基因家族間還有相互協(xié)作的過程[27]。本研究發(fā)現(xiàn),雖然OsPIP1-1的表達水平保持很高,但是開花當天OsPIP1-1、OsPIP1-3和OsPIP2-7表達量卻有一定程度的下降,其下降的原因可能是可以抑制水分從稻穗內(nèi)的輸出,這與前人發(fā)現(xiàn)在水分脅迫下,有些基因表達上調(diào),有些基因表達下降類似[28]。其中OsPIP2-3表達很低,這與Liu等[25]在水稻種子萌發(fā)過程中得到的結(jié)果一致。

在OsNIPs的9個基因中,有OsNIP1-1、OsNIP2-1、OsNIP2-2、OsNIP3-1等5個基因只在某個不同的時間點有表達,在另外的時間點則不表達。這5個基因在開花期的增加可能更有利于水分從稻穗內(nèi)的運輸,而其他的4個基因在稻穗內(nèi)根本不表達,這種表達差異可能是OsNIPs基因家族對稻穗水分運輸作用不大,或這些基因本身就在水稻花器官內(nèi)的表達較低。此外,這一類基因可能還有其他的功能,如在擬南芥(Arabidopsisthaliala)芽中超表達OsNIP3-1后,明顯減少了芽對砷的吸收,說明OsNIPs基因家族對砷的運輸具有一定的抑制作用[29]。而在OsSIPs的3個基因中,在開花期間也均有表達,但是表達量相對較低,在葉片、根尖和花藥內(nèi)也是OsSIPs基因家族表達顯著低于其他的基因家族[15],相對于其他基因家族來說,OsSIPs的作用可能更為基礎(chǔ)[30],有研究發(fā)現(xiàn)超表達PgTIP1后,明顯提高擬南芥耐旱和耐鹽能力[31],同時Ma等[32]則發(fā)現(xiàn),反義干涉擬南芥的AtTIP1:1后,卻極易引起植株的死亡,說明OsSIPs基因也是不可替代的。

綜上所述,OsPIP2-1、OsPIP2-2、OsPIP2-4、OsPIP2-6、OsNIP1-1、OsTIP3-1、OsTIP3-2、OsTIP4-2、OsTIP4-3和OsSIP2-1在水稻開花當天的表達量都明顯增加,這些基因表達增加可能利于促進水分從植株其他部分向稻穗運輸,從而有利于水稻盛花期大量水分散失的補充。在水分最需要的時期,并不是所有的水通道蛋白基因表達量都增加。而且,相同類型基因家族間的不同基因表達也有明顯差異,可能是各基因間分工不同所致。

本研究表明,在盛花期當天稻穗的相對含水量下降到最低水平,可能是水分過度散失所致,稻穗內(nèi)不同的水通道蛋白基因家族的表達模式在花期前后的表達模式也不同,有些基因在開花期當天明顯提高表達量,有些明顯下降甚至不表達,說明不同的水通道蛋白對稻穗水分的運輸作用也不同,將來應(yīng)該在基因表達水平與水通道蛋白活性的方面進行深入研究,才能更好理解相關(guān)的水通道蛋白基因家族在稻穗的水分供應(yīng)上的作用機制。

參考文獻：

[1]AhmadiN,AudebertA,BennettMJ,etal.Therootsoffuturericeharvests[J].Rice,2014,7(29):1-9.

[2]張衛(wèi)星,朱德峰,徐一成,等.不同水分條件下水稻籽粒形態(tài)及其與粒重的關(guān)系[J].作物學報,2008,34(10):1826-1835.

[3]朱美君,康蘊,陳珈,等.植物水通道蛋白及其活性調(diào)節(jié)[J].植物學通報,1999,16(1):44.

[4]尤真真,高蓉,田珊,等.植物水通道蛋白結(jié)構(gòu)與功能及其識別與轉(zhuǎn)導水稻黃單胞菌Hpa1信號的機制[J].植物病理學報,2013,43(3):232-248.

[5]李軍,乙引.植物水通道蛋白的運輸和調(diào)節(jié)[J].植物生理學通訊,2010(5):493-498.

[6]楊淑慎,山侖,郭藹光,等.水通道蛋白與植物的抗旱性[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2005,23(6):214-218.

[7]吳安慧,張歲岐,鄧西平,等.水分虧缺條件下玉米根系PIP2-5基因的表達(簡報)[J].植物生理學通訊,2006,42(3):457-460.

[8]李仁,吳新新,李蔚,等.番茄水通道蛋白基因SlAQP的克隆與序列分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2012,45(2):302-310.

[9]李嶸,牛向麗,苗雁文,等.水通道蛋白基因OsPIP2;6的功能分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2013,46(15):3079-3086.

[10]Liu C,Fukkumoto T,Matumoto T,etal.Aquaporin OsPIP1;1 promotes rice salt resistance and seed germination[J].Plant Physiology and Biochemistry,2013,63(4):151-158.

[11]周建霞,張玉屏,朱德峰,等.高溫下水稻開花習性對受精率的影響[J].中國水稻科學,2014,28(3):297-303.

[12]Mitra J.Genetics and genetic improvement of drought resistance in crop plants [J].Current Science,2001,80:758-763.

[13]Mo Y W,Liang G B,Shi W Q,etal.Metabolic responses of alfalfa(MedicagoSativaL.)leaves to low and high temperature induced stresses[J].African Journal of Biotechnology,2011,10(7):1117-1124.

[14]王賀正,馬均,李旭毅,等.水分脅迫對水稻籽粒灌漿及淀粉合成有關(guān)酶活性的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2009,42(5):1550-1558.

[15]Sakurai J,Ishikawa F,Yamaguchi T,et al.Identification of 33 rice aquaporin genes and analysis of their expression and function[J].Plant & Cell Physiology,2005,46(9):1568-1577.

[16]Jarzyniak K M,Jasinsk M.Membrane transporters and drought resistance-a complex issue[J].Frontiers in Plant scicence,2014,5(12):1-15.

[17]陳義芳,顧蘊潔,王忠.四個不同粒重水稻品種穎果發(fā)育的比較[J].中國水稻科學,2009,23(4):405-413.

[18]馮九煥,盧永根,劉向東,等.水稻花粉發(fā)育過程及其分期[J].中國水稻科學,2001,15(1):21-28.

[19]馮芳玖,李靜婷,郭丹鳳,等.年份氣溫差異對野生型和轉(zhuǎn)OsPIN1a基因水稻胚乳發(fā)育及種子萌發(fā)的影響[J].核農(nóng)學報,2015,29(11):2198-2207.

[20]張彬,芮雯奕,鄭建初,等.水稻開花期花粉活力和結(jié)實率對高溫的響應(yīng)特征[J].作物學報,2007,33(7):1177-1181.

[21]李賢勇,李順武,何永歆,等.穗層自然高溫對雜交水稻結(jié)實的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學報,2008,21(1):44-47.

[22]Cui X,Hao F,Chen H,et al.Expression of theViciafabaVfPIP1 gene inArabidopsisthalianaplants improves their drought resistance[J].Journal of Plant Research,2008,12(12):207-214.

[23]Heinen R B,Bienertg P,Cohen D,etal.Expression and characterization of plasma embrane aqua-porins in stomatal complexes ofZeamays[J].Plant Molecular Biology,2014,86(3):335-350.

[24]Gao Z,He X,Zhao B,et al.Over expressing a putative aquaporin gene from wheat,TaNIP,enhances salt tolerance in transgenicArabidopsis[J].Plant & Cell Physiology,2010,51(5):767-775.

[25]Liu H Y,Yu X,Cui D Y,et al.The role of water channel proteins and nitric oxide signaling in rice seed germination[J].Cell Research,2007,17(7):638-649.

[26]Lin W,Peng Y,Lig,et al.Isolation and functional characterization of PgTIP1,ahormone-autotrophic cells-specific tonoplast aquaporins in ginseng[J].Journal of Experimental Botany,2007,58(5):947-956.

[27]Mahdieh M,Mostajeran A,Horie T,et al.Drought stress alters water relations and expression of PIP-type aquaporin genes inNicotianatabacumplants[J].Plant and Cell Physiology,2008,49(5):801-813.

[28]Lian H L,Yu X,Lane D,etal.Upland rice and lowland rice exhibited different PIP expression under water deficit and ABA treatment[J].Cell Research,2006,16(7):651-660.

[29]Xu W,Dai W,Yan H,et al.ArabidopsisNIP3;1 plays an important role in Arsenic uptake and Root-to-shoot translocation under arsenite stress conditions[J].Molecular Plant,2015,8(5):722-733.

[30]Chaumont F,Barrieu F,Wojcik E,et al.Aquaporins constitute a large and highly divergent protein family in maize[J].Plant Physiology,2001,125(3):1206-1215.

[31]Peng Y H,Lin W L,Cai W M,et al.Overexpression of a panax ginseng tonoplast aquaporin alters salt tolerance,drought tolerance and cold acclimation ability in transgenicArabidopsisplants[J].Planta,2007,226(3):729-740.

[32]Ma S,Quist T M,Ulanov A,et al.Loss of TIP1;1 aquaporin inArabidopsisleads to cell and plant death[J].Plant Journal,2004,40(6):845-859.

The Variation of Relative Water Content and Expression of Aquaporins Genes in Rice Panicle During before and after Flowering

ZHAO Yabo1,2,LI Peigang1,CHEN Zekai1,PAN Weihuai1,MO Yiwei1

(1.College of Life Science,Shaoxing University,Shaoxing312000,China;2.School of >Marine Sciences,Ningbo University,Ningbo315211,China)

Abstract：Rice flowering period is very sensitive to water stress and directly effect on setting rate;water supplies are affected by aquaporin genes expression and its activities.In order to investigate relationship between the relative water content and the aquaporin genes expression in rice panicle,the genes expression level of aquaporin and the relative water content in rice panicle were studied during the time before and after flowering for 6 days.The results showed that:The relative water content in pancile of rice was highest before flowering,and then lowest in the day of flowering,but after flowering the relative water content increased to highest value;Different OsPIPs showed at different expressional patterns,for example,OsPIP1-1,OsPIP1-2,OsPIP2-1,OsPIP2-4 and OsPIP2-7 displayed high level during these time.However,OsPIP2-2,OsPIP2-3 and OsPIP2-8 did not show any expression throughout the flowering period;All OsTIPs were expressed throughout the flowering period,but there were some differences in the expression level in different time,compared to high expression of others OsTIPs,OsTIP1-2 and OsTIP3-2 kept very lower expression level during these time;The expression of OsNIPs displayed very lower level during these time,for example OsNP1-2,OsNIP1-4,OsNIP3-2 and OsNIP3-3 were not expressed throughout the flowering period, OsNIP1-1 and OsNIP2-1 could express in the whole time,However,OsNIP2-2 and OsNIP3-1 could have a certain amount of expression only in flowering day,rather than in the other times;OsSIP1-1,OsSIP1-2 showed at the high value before the flowering day,while OsSIP2-1 reached its maximum during the flowering day.This experiment results showed that,the highest expression level was OsTIPs,followed by OsPIPs,then were OsSIPs and OsNIPs,but different water channel protein genes showed at different expression pattern during these time,and OsTIPs that displayed high expression level might be need more tonoplast intrinsic protein activities to keep water supply during the flower time of rice panicle.

Key words:Rice;Rice panicle;Aquaporin;Relative water content;Gene expression

doi:10.7668/hbnxb.2016.02.008

中圖分類號：Q78;S511.03

文獻標識碼：A

文章編號：1000-7091(2016)02-0038-07

作者簡介：趙亞波(1992-),男,河北保定人,在讀碩士,主要從事植物分子生物學研究。通訊作者：莫億偉(1971-),男,廣西融安人,副教授,博士,主要從事植物生理生化與分子生物學研究。

基金項目：浙江省自然科學基金項目(LY16C130004);國家自然科學基金項目(31071353)

收稿日期：2016-01-10