干旱诱导水稻雄性不育的生理和蛋白质组学研究

随着全球水分资源的紧张，干旱对水稻生产的威胁将变得越来越突出，但是研究水稻水分胁迫的工作却因田间试验的复杂性和不可预见性，温室研究的非实践性(不能很好地模拟田间情况)而进展缓慢，对于干旱条件下水稻对胁迫应答的分子生物学和代谢基础知之甚少。通过采用适当的土壤/根比，我们发展了一种快速诱导产生水分胁迫(3-6天)的温室研究方法。采用该方法，我们探明了水稻对干旱的敏感时期(抽穗前后)。当水分胁迫出现在抽穗期时，6天的控制灌水可导致参考品种IR64的产量降低80％，在各产量因子中，结实率受干旱的影响最大。干旱降低成熟发粉中淀粉含量，但非洲热带粳稻当地品种Moroberekan却比IR64对干旱的抗性更强，在干旱下成熟花粉中积累的淀粉高，显示出遗传改造水稻耐旱性的巨大潜力。 为了进一步研究干旱下水稻雄性不育的分子生物学和代谢基础，水分胁迫和复水处理对水稻花药内蛋白质表达的影响，以及可能的水稻耐旱的分子生物学和代谢基础，我们采用蛋白质组学的研究方法，对正常条件下花药发育后期成熟过程以及水分胁迫、复水对这一过程的影响进行了初步研究，结果表明：至少有22个蛋白质点与IR64对水分胁迫的应答显著有关，至少有11个蛋白质点与Moroberekan对水分的胁迫的应答显著有关，其中7个蛋白质点在两个品种花药中有相同的变化规律。复水虽然能缓解水分胁迫，IR64和Moroberekan花药中分别有15个和5个蛋白质点的表达在复水后有不同程度的恢复，但不能消除水分胁迫的后滞效应，复水后IR64和Moroberekan花药中分别有10个和14个蛋白质点表达继续受到胁迫的后滞影响。比较正常条件和干旱后抽穗时水稻花药中蛋白质的表达，结果表明：在IR64花药中，有14个蛋白质点受到上调，有29个蛋白质点受到下调；在Moroberekan花药中，有18个蛋白质点受到上调，有24个蛋白质点受到下调。其中两个品种有7个蛋白质点共同受水分胁迫的上调，22个蛋白质点共同受胁迫的下调。通过DAPI染色观察正常条件和干旱处理中花粉细胞核的分裂情况判断花粉的发育时期，其结果也表明花粉的细胞核(营养核和生殖核)的分裂虽然轻微受到水分胁迫的干扰，但在复水 后抽穗时仍能达到正常条件下该达到的发育阶段。质谱分析（MALDITOF MS 和／或 ESITOF MS／MS）帮助我们鉴定了 35个花药蛋白。比较两个品种花药同 一发育阶段不同处理（对照和干旱处理）蛋白质表达后发现两个品种的碳水化 合物代谢和糖酵解途径，蛋白质折叠和降解系统，黄酮类的合成，氮代谢和贮 藏蛋白质的合成等受到了水分胁迫的不同程度影响；花药没有受到氧化胁迫的 影响，干旱下花药中有大量ABA的积累。