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MYB转录因子在水稻抗逆基因工程中的应用进展

2021-12-09段俊枝李莹冯丽丽孙岩齐红志齐学礼杨翠苹王楠燕照玲陈海燕张会芳卓文飞平西栓

江苏农业科学 2021年21期
关键词:抗逆性转基因籽粒

段俊枝 李莹 冯丽丽 孙岩 齐红志 齐学礼 杨翠苹 王楠 燕照玲 陈海燕 张会芳 卓文飞 平西栓

摘要:水稻(Oryza sativa)经常遇到干旱、高盐、低温等非生物胁迫及病虫害等生物胁迫,抑制其生长发育,甚至降低籽粒产量。MYB(myeloblastosis)在调控水稻响应各种非生物胁迫(干旱、高盐、低温等)及生物胁迫(病虫害等)反应中具有重要作用。本文阐述了水稻MYB转录因子的结构、分类及其在水稻抗旱、耐盐、耐冷、耐热、耐低磷、抗病原菌、抗虫等抗逆基因工程中的应用进展,为MYB 在水稻及其他作物抗逆育种中的应用提供参考。

关键词:水稻;MYB 转录因子;抗旱;耐盐;耐冷;耐热;耐低磷;抗病;抗虫;基因工程

中图分类号: S511.01  文献标志码: A

文章编号:1002-1302(2021)21-0046-08

收稿日期:2021-03-26

基金项目:国家自然科学基金(编号:31701510)。

作者简介:段俊枝(1981—),女,河北沧州人,博士,助理研究员,主要从事作物遗传育种研究,E-mail:junzhi2004@163.com;共同第一作者:李 莹(1984—),女,河南焦作人,硕士,主要从事小麦栽培育种及期刊编辑方面的工作,E-mail:liying1233@163.com。

通信作者:卓文飞,博士,副研究员,主要从事农业信息及期刊编辑方面的工作,E-mail:kjcankao@126.com;平西栓,研究员,主要从事农业技术推广管理工作,E-mail:njzpxs6410@126.com。

水稻(Oryza sativa)是我国乃至世界上重要的粮食作物之一,世界上半数以上的人口以大米为主食[1]。水稻在生长发育过程中,经常遭遇干旱、高盐、低温及病虫害等逆境胁迫,抑制其生长发育,甚至降低籽粒产量。减少这种逆境胁迫对水稻造成的危害,不仅可以提高水稻生产力,而且还可以扩大水稻种植范围,将水稻种植于目前尚不能种植的边际土地上[2-3],进而提高水稻总产量,这对于保障国家粮食安全具有重要的现实意义。培育抗逆水稻品种是减少这些逆境胁迫对水稻造成危害的有效途径。采用传统的遗传育种方法培育抗逆水稻品种虽然简便可行,但进展缓慢。随着生物技术的快速发展,挖掘优异的抗逆基因,然后通过基因工程育种技术提高水稻的抗逆性,是培育水稻抗逆新品种最有效的途径。

为了应对逆境胁迫,植物在长期的进化过程中,形成了一系列感知、适应逆境胁迫的有效机制。当植物响应并适应逆境胁迫时,植物体内的一系列生理、生化过程会发生改变,且许多抗逆相关基因会被激活,进而引起抗逆蛋白的积累,以抵御逆境胁迫。抗逆基因的表达大多是由转录因子调控的,目前已知的逆境胁迫应答转录因子有MYB(myeloblastosis)、NAC[NAM(No apical meristem)、ATAF1(Arabidopsis transcription activation factor 1)、ATAF2、CUC2(cup-shaped cotyledon 2)]、bHLH(Basic helix-loop-helix)、AP2/ERF (APETALA2/ethylene responsive factor)、bZIP(basic region/leucine zipper motif)、WRKY等[4-8]。其中,MYB转录因子广泛存在于动物、植物、真菌中,是植物中最大的转录因子家族之一。目前,已在水稻[9]、拟南芥(Arabidopsis thaliana)[9]、小麦(Triticum aestivum L.)[10]、香蕉(Musa acuminata)[11]中分别鉴定了155、197、393、285个MYB转录因子。 MYB转录因子具有多种生物學功能,不仅参与植物生长发育的调控[12-18],而且还参与植物对干旱、高盐、低温、病原菌侵染等逆境胁迫的抗逆反应[19-26]。目前,已经从植物中分离获得了许多MYB 转录因子,且在水稻中进行了遗传转化,MYB转录因子在不同程度上分别提高了水稻对干旱、高盐、低温、高温、低磷及虫等的抗性,有的甚至提高了转基因水稻的籽粒产量。本文阐述了水稻MYB转录因子的结构、分类及其在水稻抗旱、耐盐、耐冷、耐热、耐低磷、抗病、抗虫等抗逆基因工程中的应用进展,为MYB转录因子在水稻及其他作物抗逆遗传改良中的应用提供参考。

1 水稻MYB转录因子家族成员结构、分类

水稻MYB 转录因子的N端均具有高度保守的MYB结构域,该结构域通常包含1~5个不完全重复序列(R,约含52个氨基酸残基)[9,27],可形成3个α-螺旋结构,第2和第3个α-螺旋与R中均匀分布的3个色氨酸残基形成螺旋-转角-螺旋结构[28];第3个螺旋是“识别螺旋”,可直接与DNA接触并嵌入其大沟中,在接触过程中,2个R紧密结合于DNA大沟中,使2个“识别螺旋”协同作用,结合到特定的DNA序列上[29]。MYB转录因子的C端通常含有一个富含酸性氨基酸的转录激活结构域,其作用具有一定的可塑性,调控蛋白活性。

水稻 MYB 转录因子家族包含 155 个 MYB 基因,根据R数目,可以分为4种类型:MYB-related、MYB-R2R3、MYB-R1R2R3、Atypical MYB,分别包含62、88、4、1个MYB基因,以MYB-R2R3类型最多,占56.77%,MYB-related类型次之,占40.00%[9]。其中,MYB-related类型通常但不一定只包含1个R[30];MYB-R2R3类型包含2个R,MYB-R1R2R3类型包含3个R;Atypical MYB类型包含5个R[9]。水稻 MYB 基因不均匀地分布在12条染色体上,1号染色体分布最多,6号染色体次之,11号染色体次最少[9]。

2 MYB转录因子在水稻抗非生物胁迫基因工程中的应用进展

目前,已經克隆获得众多MYB基因,其中一部分MYB基因在水稻中超表达,提高了转基因植株对非生物胁迫(干旱、高盐、低温、高温、低磷、低氮等)的耐受性,有的甚至提高了转基因水稻的籽粒产量[31-50]。但是,这些MYB基因的抗逆范围不同,有的可以提高转基因水稻植株的单一抗性,如抗旱、耐盐、耐冷、耐热、耐低磷、耐低氮等[31-45];有的可以提高转基因水稻植株的综合抗性,例如抗旱并耐盐、耐冷、耐热等[46-50]。

2.1 单一抗性

2.1.1 抗旱、耐盐

水稻OsMYBR1基因受干旱诱导表达,正常生长条件下,超表达OsMYBR1水稻植株的表型与野生型对照无明显差异,但是转基因水稻植株对ABA(abscisic acid)的敏感性降低。干旱胁迫条件下,超表达OsMYBR1显著增加了转基因水稻植株可溶性糖和脯氨酸含量,提高了转基因水稻植株存活率,增幅为1.3~1.5倍;进一步分析发现,干旱胁迫条件下,转基因植株中一些胁迫相关基因[OsP5CS1(Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase 1)、OsProt(proline transporter ptotein)、OsTIJI3(late-embryogenesis-abundant protein 3)、OsRAB16(responsive to ABA  16)]的表达量明显提高[31]。类似的,谷子(Setaria italica)SiMYB56基因也受干旱诱导表达,在水稻中超表达该基因对转基因植株的生长没有任何不良影响,且提高了转基因植株营养生长期和生殖生长期的抗旱性。与野生型对照相比,干旱胁迫条件下,营养生长期,超表达SiMYB56基因水稻植株存活率显著提高4~7倍,丙二醛(MDA)含量降低,木质素含量增加;田间生殖生长期,超表达SiMYB56基因水稻植株籽粒产量显著增加,这主要得益于单株穗数、穗长的增加。进一步分析发现,干旱胁迫条件下,SiMYB56能激活木质素合成基因PAL(phenylalanine ammonia lyase)、4CL5(4-coumarate-coa ligase 5)、CAD(cinnamyl alcohol dehydrogenase)、CCR10(cinnamoyl-CoA reductase 10)等的表达。另外,超表达SiMYB56基因导致ABA在转基因水稻种子中积累,深入分析发现,转基因水稻植株中ABA合成基因[NCED5(nine-cis epoxycarotenoid dioxygenase 5)]、ABA信号传导相关基因[ABIL2(abscisic acid-insensitive-like 2)、ABF1(ABA  responsive element binding factors 1)、ABF2、bZIP23(basic leucine zipper 23)]、ABA响应基因[P5CS1(Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase 1)、LEA7]的表达量提高[32]。说明SiMYB56通过调控木质素合成和ABA信号通路来提高转基因植株的抗旱性。此外,甘蔗ScMYBAS1有4种可变剪接体,它们在调控植物生长及抗逆性方面作用不同,其中,超表达ScMYBAS1-3基因促进了干旱胁迫条件下转基因水稻植株的生长发育,提高了叶片含水量,最终提高了转基因植株的抗旱性[33]。

水稻OsMYB91基因受高盐、干旱诱导表达,超表达OsMYB91基因延缓了转基因水稻的生长发育,提高了转基因植株体内ABA含量;高盐胁迫条件下,超表达OsMYB91基因提高了转基因水稻植株体内脯氨酸含量,降低了H2O2、MDA含量,且提高了盐胁迫相关基因[SLR1(slender rice 1)、LEA3、SOS1(salt overly sensitive 1)、RAB16A、NHX1(Na+/H+antiporter 1)、P5CS1]的表达量[34]。说明超表达OsMYB91基因水稻植株耐盐性的提高主要得益于活性氧清除能力、渗透调节能力和盐胁迫相关基因表达量的提高。

2.1.2 耐冷、耐热

水稻OsMYB3R-2基因受冷胁迫诱导,超表达OsMYB3R-2基因提高了水稻植株的耐冷性,低温(2 ℃)处理72 h后,野生型对照存活率低于20%,而转基因水稻植株存活率均高于50%,且转基因水稻植株脯氨酸含量提高。进一步分析发现,OsMYB3R-2的靶标基因是B型细胞周期蛋白基因OsCycB1;1,低温条件下,转基因水稻植株中一些细胞周期蛋白基因(OsCycB1;1、OsCycB2;1、OsCycB2;2)的表达量也均较野生型对照提高,且转基因水稻植株细胞分裂指数较野生型对照提高。另外,超表达OsCycB1;1基因水稻植株的耐冷性也提高[35]。说明超表达OsMYB3R-2基因水稻植株耐冷性的提高主要是通过调控细胞循环来实现的。另外,水稻OsMYBS3基因在水稻所有组织中普遍存在,也受冷胁迫诱导表达,在田间条件下,超表达OsMYBS3基因水稻植株的表型和产量均与野生型对照相似;4 ℃胁迫条件下,转基因水稻植株的耐冷性较野生型对照提高。表达分析发现,转基因水稻植株中一些胁迫响应基因[GAD(qlutamate decarboxylase)、WRKY77、MRP4(multidrug resistance protein 4 )、TPP1(trehalose-6-phosphate phosphatase 1)、TPP2]的表达量提高;出人意料的是,OsMYBS3抑制DREB1/CBF(dehydration-responsive element binding protein 1/C-repeat binding factor)依赖冷信号途径,DREB1快速短暂地响应冷胁迫,OsMYBS3缓慢地响应冷胁迫,两者分别属于适应短期、长期冷胁迫的不同信号途径[36]。此外,在水稻中超表达OsMYB30基因,提高了转基因植株的冷敏感性;相反的,敲除OsMYB30基因突变体的耐冷性提高。进一步分析发现,转基因植株中BMY(β-amylase )基因表达量降低,BMY活性、麦芽糖(对细胞膜有保护作用)含量均降低。OsMYB30可与BMY基因启动子区域结合,调控BMY基因的表达进而调控淀粉的分解[37]。说明OsMYB30通过负调控BMY基因的表达来调控淀粉的分解和麦芽糖含量,进而调控耐冷性,以后有望通过基因敲除技术敲除OsMYB30基因来提高水稻及其他作物的耐冷性。

水稻OsMYB55基因受高温胁迫诱导表达,超表达该基因的转基因水稻植株耐热性提高。在高温(35 ℃)胁迫条件下,转OsMYB55基因水稻植株株高、地上部及根系生物量均较野生型对照显著提高,籽粒产量降低幅度也显著降低。转录组分析发现,转OsMYB55基因水稻植株中一些氨基酸代谢相关基因的表达量提高,OsMYB55可以与这些基因的启动子区域结合并激活其表达,例如OsGS1;2(Glutamine synthetase 1;2)、GAT1(glutamine amidotransferase 1)、GAD3(glutamate decarboxylase 3)基因等。进一步分析发现,高温胁迫条件下,转基因植株中总氨基酸含量显著增加[38]。说明OsMYB55通过激活氨基酸代谢相关基因的表达来提高氨基酸代谢,进而提高转基因植株的耐热性。相反的,一些水稻MYB基因OsPL(purple leaf)会降低水稻植株的耐热性。研究发现,水稻突变体pl在籽粒灌浆后期表现紫色叶片、叶鞘,叶片衰老,该突变体细胞异常,叶绿体扭曲,叶绿素含量低,花青素含量高;进一步分析发现,灌浆期,该突变体中一些花青素合成基因[PAL、CHS(chalcone synthase)、ANS(anthocyanidin synthase)]表达量提高,光合相关基因表达量下降,SOD(superoxide dismutase)、CAT(catalase)活性显著增强,总可溶性糖及ABA、JA(jasmonic acid)、IAA(indoleacetic acid)含量显著增加,耐40 ℃高温[39]。可见可以通过敲除OsPL基因的方法来提高水稻及其他作物的耐热性。

2.1.3 耐低磷、低氮等

水稻OsMYB2P-1基因受磷饥饿诱导表达,在水稻中超表达该基因提高了转基因植株的磷饥饿耐性;相反的,沉默该基因表达,增强了转基因植株对磷缺乏的敏感性。在丰磷条件下,超表达OsMYB2P-1基因植株主根长较野生型对照短;而在缺磷条件下,超表达OsMYB2P-1基因植株主根和侧根长均较野生型对照长,说明OsMYB2P-1可能与根系结构调控有关。进一步分析发现,超表达OsMYB2P-1基因提高了转基因水稻植株中磷响应基因[SQD(UDP-sulfoquinovose synthase)、IPS1(induced by Pi starvation 1)、PAP10(purple acid phosphatase 10)、miR399a、miR399j]的表達量。另外,缺磷条件下,超表达OsMYB2P-1基因水稻植株中高亲和磷转运蛋白基因[PT6(phosphate transporter 6)、PT8、PT10]的表达量提高;丰磷条件下,超表达OsMYB2P-1基因水稻植株中低亲和磷转运蛋白基因PT2的表达量提高[40],说明OsMYB2P-1可能作为磷依赖的调节因子控制磷转运蛋白的表达。综上,OsMYB2P-1通过调控根系结构、提高磷响应基因及磷转运蛋白基因的表达量来提高转基因植株的磷饥饿耐性。类似的,缺磷条件下,OsMYB4P基因表达量也提高。无论高磷还是缺磷条件下,超表达OsMYB4P基因水稻植株的长势均较野生型对照好,主根和侧根长均较野生型对照长,根和嫩叶中磷浓度均高于野生型对照,尤其是根。高磷条件下,超表达OsMYB4P基因水稻植株的侧根密度大于野生型对照,侧根长也长于野生型对照,且转基因水稻幼苗根和嫩叶中磷浓度显著高于野生型对照;低磷条件下,超表达OsMYB4P基因水稻幼苗嫩叶中磷浓度急剧下降,但是根中磷浓度仍保持在较高水平。表达分析发现,超表达OsMYB4P基因提高了转基因水稻植株嫩叶中磷转运蛋白基因(PT1、PT2、PT4、PT7、PT8)的表达量,但在根中降低或者不变(PT8基因除外)[41]。说明OsMYB4P通过调控根系结构、激活磷稳态相关基因来提高磷的利用,进而提高转基因植株的磷饥饿耐性。另外,在水稻中超表达OsMYB5P基因,同样提高了转基因植株的磷饥饿耐性;相反,敲除OsMYB5P基因,提高了转基因植株对磷缺乏的敏感性。高磷或缺磷条件下,超表达OsMYB5P基因水稻植株主根长、侧根长均长于野生型对照,侧根密度大于野生型对照,苗高均高于野生型对照,说明OsMYB5P调控植物生长发育;超表达OsMYB5P基因水稻植株中磷含量较野生型对照提高,说明OsMYB5P调控磷吸收和缺磷胁迫适应。进一步分析发现,OsMYB5P直接与OsPT5基因启动子区的MBS (MYB binding site)元件结合,提高OsPT5基因的表达水平;且超表达OsMYB5P基因提高了Pht1;3(phosphate transporter1;3)的表达量[42]。说明转OsMYB5P基因水稻植株磷饥饿耐性的提高主要是通过调控磷转运蛋白基因的表达量来实现的。相反的,一些水稻MYB基因MYB1会降低水稻植株的磷饥饿耐性。研究发现,水稻MYB1基因突变后导致磷的吸收和积累增加,并伴随磷转运蛋白家族基因(PHT1;2、PHT1;8)和参与磷饥饿信号途径基因[PHO2.1(phosphate transporter 2.1)]的表达量提高。MYB1基因影响初生根和侧根的伸长,对初生根伸长的影响依赖于磷,对侧根伸长的影响不依赖于磷。此外,磷饥饿条件下,GA(gibberellic acid)诱发的侧根伸长在野生型植株中被严重抑制,在myb1突变体中这种抑制作用得到部分缓解,这主要归因于myb1突变体中GA合成基因表达量的提高[43]。说明MYB1既参与磷饥饿信号传导、负调控磷的吸收和积累,又参与GA合成,可以通过敲除MYB1基因的方法提高水稻及其他作物的磷吸收和积累,增强磷饥饿耐性。

低氮胁迫条件下,对谷子转录组进行分析,发现了25个类MYB转录因子。基因功能分析发现,SiMYB3 基因受低氮胁迫诱导表达,低氮胁迫条件下,超表达SiMYB3基因水稻植株幼苗总根长、侧根数高于野生型对照;2年的田间试验结果表明,低氮胁迫条件下,转基因植株的生物量显著高于野生型对照,且粒质量、总氮含量、籽粒氮含量均显著高于野生型对照。进一步分析发现,转基因水稻植株中生长素合成相关基因TAR2(tryptophan aminotransferase related 2)的表达量提高[44]。说明SiMYB3通过调控根生长素合成来调控根系发育进而提高转基因植株的耐低氮能力。

水稻OsARM1(arsenite-responsive MYB 1)调控砷(As)相关转运蛋白基因。敲除OsARM1基因提高了转基因水稻植株对As(Ⅲ)的耐受性,超表达OsARM1基因调高了转基因水稻植株对As(Ⅲ)的敏感性。低As(Ⅲ)条件下,敲除OsARM1基因植株中更多的As从根转运到嫩叶;高As(Ⅲ)条件下,超表达OsARM1基因植株中更多的As积累在根中,暗示OsARM1在调控As从根到嫩叶的转移中具有重要作用。进一步分析发现,关键的As响应转运蛋白基因[ Lsi1(silicon influx transporter 1 )、Lsi2、Lsi6]在超表达OsARM1基因水稻植株中表达量降低,在OsARM1基因敲除水稻植株中表达量提高[45]。说明OsARM1基因在调控As吸收和根到嫩叶的转移中具有重要作用。

2.2 综合抗性

2.2.1 抗旱+耐盐

水稻OsMYB6基因受干旱、高盐诱导表达,干旱和高盐胁迫条件下,超表达OsMYB6基因水稻植株的存活率较野生型对照显著提高约5倍。进一步分析发现,转基因植株脯氨酸含量和CAT、POD(peroxidase)活性大幅增加,相对电解质渗漏率降低,一些胁迫相关基因(OsP5CS、OsDREB1A、OsDREB2A、OsCATA、OsLEA3、SNAC1)的表达量提高[46]。说明超表达OsMYB91基因提高了转基因植株的活性氧清除能力、渗透调节能力和胁迫相关基因的表达量,进而提高了转基因植株的抗旱和耐盐性。类似的,水稻OsMYB48-1基因受PEG(polyethylene glycol)、高盐、ABA、低温诱导表达,超表达OsMYB48-1基因增强了转基因水稻植株对ABA的敏感性,提高了转基因水稻植株体内ABA含量及对干旱、高盐的耐受性。其中,干旱胁迫条件下,超表达OsMYB48-1基因显著提高了转基因水稻植株的存活率和叶片脯氨酸含量,降低了叶片失水速率和MDA含量。表达分析发现,超表达OsMYB48-1基因显著提高了转基因水稻植株中一些ABA合成基因 (OsNCED4、OsNCED5)、早期信号基因 [OsPP2C68(serine/threonine protein phosphatases 2C 68)]、后期响应基因 (RAB21、OsLEA3、RAB16C、RAB16D)的表达量[47]。说明超表达OsMYB48-1基因可促进转基因水稻植株中ABA的合成,进而提高转基因植株的抗旱性和耐盐性。另外,在水稻中超表达金鱼草(Antirrhinum majus)MYB 基因AmROSEA1同样提高了转基因植株的抗旱性和耐盐性。正常生长条件下,超表达AmRosea1基因延缓了转基因水稻植株的生长发育。干旱胁迫条件下,超表达AmRosea1基因显著提高转基因水稻植株的存活率,存活率较野生型对照提高2.7~3.1倍;高盐胁迫条件下,野生型对照全部死亡,而超表达AmRosea1基因水稻植株存活率为69%~75%。表达分析发现,干旱、高盐胁迫条件下,超表达AmRosea1基因水稻植株中大量胁迫相关基因的表达量提高,主要涉及胁迫信号转导基因[RD22(responsive to dehydration 22)、OsMYB48-1]、激素信号转导途径基因[COI1(coronatine-insensitive protein 1)、EBF1(early B cell factor 1) ]、离子平衡基因(钾转运子4基因)、活性氧清除酶基因[CAT、POD、APX(ascorbic acid peroxidase)、GST(glutathione-S-transferase )][48]。

2.2.2 抗旱+耐冷、耐热等

水稻OsMYB2基因受高盐、低温、干旱诱导表达,正常生长条件下,超表达OsMYB2基因并没有改变转基因水稻植株的表型,但增强了转基因水稻植株对ABA的敏感性,提高了转基因水稻植株对高盐、低温和干旱的耐受性。高盐、低温和干旱胁迫条件下,超表达OsMYB2基因水稻植株中可溶性糖、脯氨酸含量和CAT、SOD、POD活性提高,H2O2和MDA含量降低。进一步分析发现,超表达OsMYB2基因提高了脯氨酸合成酶基因及一些胁迫相关基因(OsLEA3、OsRab16A、OsDREB2A)的表达量[49]。说明超表达OsMYB2基因水稻植株抗逆性的提高主要得益于活性氧清除能力及胁迫相关基因表达量的提高。

与其他MYB基因不同,MYBS2基因受干旱、高温抑制,在水稻中超表达MYBS2基因,降低了转基因植株的抗旱性和耐热性。干旱胁迫条件下,无论是水培还是土培条件下超表达MYBS2基因均显著降低了转基因水稻植株的存活率,更值得注意的是,超表达MYBS2基因转基因水稻植株籽粒产量显著降低36%~45%。干旱胁迫条件下,无论是水培还是土培条件下沉默MYBS2基因水稻植株的存活率均显著提高,且转基因水稻植株的籽粒产量也显著提高26%~54%。进一步分析发现,MYBS2通过调控αAmy3(α-amylase 3)基因的表达来调控糖平衡,进而调控转基因植株的生长发育及抗逆性[50]。说明可以通过敲除MYBS2基因的方法提高水稻及其他作物的抗旱性和耐热性。

3 MYB转录因子在水稻抗生物胁迫基因工程中的应用进展

目前,关于MYB基因对生物胁迫的响应研究较少,尤其在水稻上的研究更少。现有研究发现,有些MYB基因在水稻中超表达可以提高转基因植株对病原菌、稻飞虱等的耐受性[51-52]。

苯丙素類包括各种化合物,如木质素单体和羟基肉桂酸(HCAAs),是植物保护自身免受非生物胁迫和病原体感染所必需的物质。在水稻中超表达MYB30、MYB55、MYB110基因,转基因水稻中肉桂酸/木质素单体途径基因(磷酸合成酶基因、脱氢醌合成酶基因、儿茶酚氧位甲基转移酶基因、PAL1等)的表达量提高,阿魏酸(一种羟基肉桂酸)含量较野生型对照和转空载体对照增加,对病原真菌和病原细菌的抗性增强[51]。

在水稻中超表達OsPAL6、OsPAL8基因均提高了转基因植株对褐飞虱的抗性,转基因植株中水杨酸和木质素含量提高;相反的,抑制OsPAL6、OsPAL8基因表达降低了转基因植株对褐飞虱的抗性。进一步分析发现,OsMYB30直接调控OsPAL6、OsPAL8基因的表达,从而调控褐飞虱抗性[52]。可见OsMYB30基因在作物抗褐飞虱育种中具有重要作用,可以通过超表达OsMYB30基因的方法提高水稻及其他作物对褐飞虱的抗性。

4 展望

水稻是全球重要的粮食作物之一,在农业发展中占有举足轻重的地位,稳定并提高其产量是保证国家粮食安全的重要途径。但水稻在生长发育过程中,不可避免地遭受到干旱、高盐、低温及病虫害等逆境胁迫,抑制其生长发育,甚至降低籽粒产量。因此,培育抗逆水稻品种以提高其抗逆性对保障粮食安全具有重要的现实意义。植物的抗逆性状是多基因控制的复杂数量性状,且易受环境影响,采用传统遗传育种方法选育抗逆品种存在效率低、周期长等缺点;而分子育种具有定向创造遗传变异、实现优良基因高效重组和聚合等优点。因此,利用分子生物学技术挖掘利用优异的抗逆基因,并通过基因工程育种技术提高水稻的抗逆性,是培育水稻抗逆新品种最有效的途径。

MYB转录因子在水稻生长发育及抵御非生物胁迫和生物胁迫过程中具有重要的调控作用。超表达MYB基因可以提高转基因水稻植株的抗逆性,有的甚至可以提高转基因植株在逆境条件下的籽粒产量,这为水稻抗逆育种提供了非常重要的基因资源。除了水稻,MYB基因在其他作物上也表现出很强的抗逆性[53-61],有望在水稻及其他作物抗逆改良育种中应用,尤其是那些可以在生殖生长期提高转基因植株抗逆性并提高籽粒产量的MYB基因。尽管,一些MYB基因可以提高生殖生长期转基因水稻的抗旱性,并最终提高籽粒产量,但是大部分MYB基因只是提高了苗期水稻的抗逆性,生殖生长期是否抗逆尚未得知。因此,对这些MYB基因的转基因植株应该进行生殖生长期抗逆性鉴定,以确定其功能强弱,为以后的抗逆育种应用提供依据。另外,抗逆性鉴定最好在田间进行,因为室内模拟环境与田间自然环境终究不同,田间自然环境更复杂,也更贴近于生产。

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