水稻抗旱基因研究進(jìn)展報(bào)告人：翟開恩2012年3月20日引言

提高植物的抗旱能力已經(jīng)成為現(xiàn)代植物研究工作中的關(guān)鍵問題之一，尤其是在抗旱育種中起著極其重要的作用。例如干旱脅迫是水稻產(chǎn)量的最主要的限制因素，全球每年水稻產(chǎn)量由于干旱而損失約1800萬噸。鹽堿地在中國分布廣泛現(xiàn)有鹽堿地面積約0.4億hm2，隨著我國人口增加，耕地減少，鹽堿地資源的開發(fā)利用有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。而植物抗鹽堿、耐干旱能力的提高和適宜在鹽堿地上生長并具有較高經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值的植物種或品系的選育，則是利用鹽堿地經(jīng)濟(jì)有效的措施。隨著現(xiàn)代分子生物技術(shù)的飛速發(fā)展，克隆、鑒定目的基因，將目的基因轉(zhuǎn)化到目標(biāo)植物中并獲得轉(zhuǎn)基因工程植株，使植物育種取得了突破性進(jìn)展。耐旱基因工程研究已取得了長期的發(fā)展，已有較多研究將耐旱基因克隆后整合進(jìn)目標(biāo)植物中，從而開辟了選育耐旱植物品種的新途徑。研究進(jìn)展一.植物抗干旱的機(jī)理1.滲透調(diào)節(jié)

在輕度的干旱脅迫時(shí)，植物能夠通過滲透調(diào)節(jié)降低水勢，保持膨壓。這些植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要有脯氨酸、甜菜堿等小分子親和性有機(jī)物。其次還可以通過離子和水分通道的變化來調(diào)節(jié)。2.脫水保護(hù)在嚴(yán)重干旱情況下，超出滲透調(diào)節(jié)范圍，有些植物能夠存活主要是由于植物體內(nèi)有Lea蛋白和糖類（蔗糖、麥芽糖、海藻糖等）這些脫水保護(hù)物質(zhì)它可以在水分嚴(yán)重缺乏是保護(hù)膜系統(tǒng)及其他生物大分子免受破壞。3.代謝調(diào)整

在長期干旱脅迫下，植物可以通過代謝途徑的轉(zhuǎn)變來適應(yīng)環(huán)境。例如午時(shí)花就是一種在干旱脅迫時(shí)可以將光合作用從C3途徑變成景天酸代謝（CAM）途徑。4.轉(zhuǎn)基因技術(shù)

隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)不斷的成熟和抗干旱基因研究不斷的深入，根據(jù)不同的植物可以通過外源基因的轉(zhuǎn)化到植物體內(nèi)，從而提高植物的抗旱的能力。植物保衛(wèi)細(xì)胞中ABA、H2O2、NO信號網(wǎng)絡(luò)二.抗旱基因的研究1.Imt1基因

Imt1（inositolO-methltransferase)基因(肌醇甲基轉(zhuǎn)移酶基因)是從生長于南非沙漠中的冰葉午時(shí)花的cDNA文庫中分離得到的，該基因在鹽堿或干旱脅迫下誘導(dǎo)表達(dá)，以肌醇為底物生成一種多羥基糖醇化合物-芒柄醇，芒柄醇因含有多個羥基，親水能力強(qiáng)，能減少生理性干旱造成的損失而使植物得以耐鹽。2.mtlD基因和gutD基因

mtlD基因（1-磷酸甘露醇脫氫酶基因）和gutD基因（6-磷酸山梨醇脫氫酶基因），它是甘露醇和山梨醇合成的關(guān)鍵基因。多元醇因含多個羥基，親水性強(qiáng)，能有效地維持細(xì)胞的膨壓從而起到抗鹽的作用。

3.otsBA基因和TPS基因

海藻糖合成酶為一多酶體系，它們是受干旱、高鹽、高溫重金屬離子污染等脅迫誘導(dǎo)而表達(dá)的基因。otsBA基因是從大腸桿菌中克隆的大腸桿菌海藻糖-6-磷酸合成酶基因，otsBA基因編碼的海藻糖磷酸酯酶脫磷酸后生成海藻糖。

TPS基因是從釀酒酵母，擬南芥，復(fù)蘇植物等真核生物中分離得到的海藻糖-6-磷酸合成酶基因。

4.P5CS基因

脯氨酸(Proline)是植物中主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，它不僅是生物大分子的保護(hù)劑或羥基的清除劑，還是植物從脅迫條件回復(fù)正常過程中迅速、有效的氮源、碳源和還原劑。許多物種，包括細(xì)菌、真菌和植物等，在滲透脅迫條件下常通過積累脯氨酸來達(dá)到滲透調(diào)節(jié)的作用。P5CS基因是一個雙功能基因編碼γ-谷氨酰激酶和谷氨酸-5-半醛脫氫酶兩種酶催化從谷氨酸合成脯氨酸的最初兩步反應(yīng)。P5CS基因在積累脯氨酸以降低滲透脅迫，在正常和脅迫條件下反饋調(diào)控植物中脯氨酸合成水平等方面均起著重要作用。5.bets基因和BADH基因

甜菜堿(betaine)是生物界廣泛存在的細(xì)胞相容性物質(zhì),同時(shí)也是公認(rèn)的在微生物和植物細(xì)胞中起著無毒滲透保護(hù)劑作用的主要次生代謝積累物之一，其積累使許多代謝過程中的重要酶類在滲透脅迫下能繼續(xù)保持活性。Bets基因是從E.col