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对大多数中国人来说,稻米是非常重要的食品,同时在中国被认为是战略商品。从历史角度讲,它在保障食品安全上起着很重要的作用。我国人均淡水资源只有2200M3,只有世界平均水平的1/4,而水稻是主要的水资源消耗者,在超过65%的中国稻田里,干旱是最重要的限制水稻产量的因素之一。研究水稻的抗旱机制,培育节水抗旱品种显得极为重要。研究水稻抗ROS能力是研究水稻抗旱机制的重要方向。 本文以节水抗旱稻品种沪旱1A和沪旱1B为研究对象,使用外源H2O2作为胁迫条件,对沪旱1A和沪旱1B在胁迫条件下的生理表型进行了考察,同时对相关的抗旱指标进行了检测。以RNA编辑为切入点,深入探讨胁迫条件下沪旱1A和沪旱1B线粒体基因中的RNA编辑的差异,同时对线粒体基因的表达量进行了分析。本研究的主要结果和结论如下: 1、在50mM H2O2胁迫处理下,沪旱1A和沪旱1B的生长发育受到了严重影响,生长停滞,叶片发黄,叶绿素浓度下降,固定荧光(F0)显著性下降。胁迫处理3天后,沪旱1A的叶绿素浓度要显著高于沪旱1B,沪旱1A的固定荧光(F0)显著高于沪旱1B,但是沪旱1A的原初光能转换效率(Fv/Fm)在胁迫后显著性下降,而沪旱1B没有变化。胁迫后,沪旱1B的化学淬灭系数NPQ显著性上升,而沪旱1A没有变化。 2、胁迫处理3天后,H2O2、CAT、SOD、AOC、GPX、SP等生理指标在沪旱1A和沪旱1B中出现了显著或极显著差异,其中沪旱1A中SP显著高于沪旱1B,而其余指标均为沪旱1B高于沪旱1A。APX和AOX在胁迫后没有明显变化,而MDA含量在沪旱1A和沪旱1B中均为先上升后下降的趋势。 3、在沪旱1A和沪旱1B的8个线粒体基因中发现了RNA编辑现象,总共检测到了87个编辑位点,均以C-U的碱基替换类型出现,且引起氨基酸向疏水性氨基酸转变。在沪旱1A中,nad7有1个位点,ccmB有10个位点,ccmC有4个位点的编辑频率在H2O2胁迫处理后,出现了显著性差异。在沪旱1B中,nad2有3个位点,had5有1个位点,nad7有1个位点,nad9有7个位点,ccmB有20个位点,ccmC有6个位点的编辑频率在H2O2胁迫处理后,出现显著性差异。此外,沪旱1A中ccmB-392308、ccmB-391917、ccmC-60565、ccmC-60508这四个编辑位点的RNA是在胁迫处理以后才出现的,而在胁迫处理之前这四个位点并不发生RNA编辑现象,其余83个RNA编辑位点在胁迫处理之前已经存在,部分位点在胁迫后发生编辑频率的变化。 4、在胁迫处理之前,沪旱1A和沪旱1B中的Cox1、nad5这2个基因的表达量已经存在差异;胁迫处理后,ccmC、ccmB、nad2、nad7、atp9基因表达量在沪旱1A和沪旱1B中出现了显著性差异。胁迫后,沪旱1A中ccmC、Cox1、nad5的基因表达量出现上升趋势,ccmB和had7的基因表达量出现下降趋势,atp9的表达量先上升后下降,nad2的基因表达量没有变化。胁迫后,沪旱1B中ccmC和nad2的基因表达量出现下降趋势,ccmB、atp9、Cox1、nad5的基因表达量呈先上升后下降趋势,nad7的基因表达量出现上升趋势。 5、对细胞色素C、NADH脱氢酶、ATP合成酶的含量及酶活进行检测发现,胁迫处理后,沪旱1A中,NADH脱氢酶的含量和活性没有明显变化,而ATP合成酶的活性上升,含量下降,细胞色素C含量没有变化。沪旱1B中,NADH脱氢酶的含量和细胞色素C含量没有变化,而ATP合成酶活性不变,含量下降,NADH脱氢酶活性先上升后下降。同一时间点,这些蛋白酶活和含量在沪旱1A和沪旱1B中没有显著性差异。 6、胁迫处理后,Emp5-like、OGR1和MPR25这三个PPR蛋白的基因表达量发生了显著的变化,且在沪旱1A和沪旱1B中变化趋势一致。其中Emp5-like和OGR1基因在胁迫处理后出现了先上升后下降的趋势,而MPR25基因在胁迫处理后出现了下降的趋势。胁迫前,沪旱1A中Emp5-like基因表达量显著高于沪旱1B。胁迫处理3天,沪旱1A中MPR25基因表达量显著高于沪旱1B。推测PPR基因表达量的高低对RNA编辑频率可能没有直接影响。 综上所述,本文有以下发现:1、在外源H2O2胁迫下,沪旱1A和沪旱1B的表型存在明显差异;2、RNA编辑参与水稻响应H2O2胁迫;3、沪旱1A和沪旱1B中部分编辑位点存在显著差异;4、RNA编辑可能在水稻响应逆境胁迫中有重要作用;5、本研究检测到的RNA编辑类型均为C-U,同时发现RNA编辑导致氨基酸倾向于形成疏水性氨基酸,推测RNA编辑可能会改变蛋白的结构,从而影响蛋白的功能。