干旱条件下DCMU对高表达转C 4 - pepc 水稻的花青素合成基因及其相关信号的影响

Abstract

为了揭示高表达转玉米C4-磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC，EC 4.1.1.31）基因水稻（PC）在耐旱中光合与花青素调节途径的内在联系，本研究以PC和未转基因野生型原种（WT）的水培苗为试验材料，在4~5叶期，通过50 μmol·L-1光合抑制剂DCMU[3-（3'，4'-dich-lorophenyl）-1，1-dimethyl-urea]预处理1 h，观察其在12% PEG-6000模拟干旱处理下的表现。结果表明，在模拟干旱条件下，DCMU预处理使两种供试材料相对含水量显著下降，且PC相对含量显著高于WT；干旱处理下，两种材料的花青素含量显著升高，DCMU和干旱处理使两种材料的花青素含量下调，且PC水稻中始终伴随着较高的花青素含量。光合数据表明，与单独12% PEG-6000处理相比，DCMU联合12% PEG-6000处理显著抑制了两种水稻材料的净光合速率、气孔导度、胞间CO2含量及羧化效率，但PC的各指标显著高于WT。同时，DCMU联合12% PEG-6000处理显著下调两种供试材料的内源蔗糖含量，但PC中蔗糖含量显著高于WT。进一步研究发现PC中更高的蔗糖含量与花青素合成有关转录因子bHLH（OsB1，OsB2）、R2R3-MYB（OsC1）、COP1（constitutively photomorphogenic 1）、HY5（elongated hypocotyl 5）更高的转录水平同步，下游花青素合成相关基因OsPAL、OsCHI、OsCHS、OsF3H、OsF3'H、OsDFR、OsANS的表达量增加。PC水稻可能通过诱导NO和Ca2+感受干旱信号，参与转录因子的调节，进而参与花青素合成基因的调控，合成较多的花青素，增强PC水稻对干旱逆境的响应，增强保水能力，最终表现耐旱。