水稻耐热相关基因克隆与功能解析

高温胁迫影响水稻的生长发育、产量、品质以及生理生化特性。随着全球变暖，短期极端高温出现频率的大幅提高，水稻安全生产存在极大隐患，因此迫切需要培育耐热性的水稻品种，而水稻耐热性机制的阐明和耐热相关基因的克隆鉴定是水稻耐热育种的重要基础。本课题组从T-DNA插入的水稻（中花11）突变体库中筛选获得耐热突变体Osht，高温胁迫下不易萎蔫，恢复后存活率高、长势好，经遗传分析表明为单基因控制的隐性性状，为水稻耐热性机制研究的理想材料。本研究应用图位克隆策略克隆耐热相关基因OsHT，解析其在水稻热胁迫应答中的功能，为阐明水稻耐热性机制与通过基因工程手段改良水稻的耐热性，培育耐热水稻新品种提供基础。

高温严重威胁世界范围内水稻等作物的生产安全，其中水稻开花期遭遇高温是减产的主要原因。由于全球气候变化和极端天气频发，高温对于水稻产量和品质的影响越来越严重。因此，水稻耐高温品种的筛选和培育，耐高温基因克隆、鉴定和解析以及耐高温机制的研究显得尤为重要。. 本研究以获得的一份苗期和花期均具有耐高温能力的粳稻中花11背景的突变体Osht为材料进行耐热相关基因克隆与功能解析。以热敏感材料IR29为父本，突变体为母本构建杂交群体，利用分子标记进行定位，目标区段附近具有一个锌指转录因子，经测序发现突变体该锌指转录因子发生了4个碱基的移码突变，造成功能缺失，说明该锌指蛋白为水稻花期耐高温的负调控因子，命名为OsHT。克隆OsHT基因，连接到pCAMBIA1300表达载体上，通过农杆菌介导将载体转化到突变体愈伤组织中，获得突变体的回复转基因株系，在苗期与花期高温胁迫下，回复突变体均回复了野生型的表型。利用荧光定量PCR探究了OsHT基因在水稻不同组织器官中的表达模式，结果表明该基因在叶中的表达量远高于其它组织和器官，在生殖器官小穗中的表达极低。苗期OsHT基因地上部分的表达明显受到高温的调控。探究OsHT基因的生理功能，苗期高温胁迫下，突变体Osht叶片内H2O2的高积累促使其气孔关闭，导致气孔导度的降低从而控制失水率来抵御高温造成的生理干旱。花期高温胁迫下，突变体Osht通过调控花粉活力、柱头上花粉数、花药开裂程度等花器官性状以应对水稻生殖生长期受到热害而造成的减产。突变体Osht没有重金属汞耐性，具有很高的盐耐性，推断OsHT基因在调控水稻渗透胁迫耐性中具有重要作用。研究结果为阐明水稻高温热害的分子机理提供了科学依据，为作物耐高温分子育种提供了理论指导。