龔曉平 張致力

摘要 [目的]鑒定水稻耐冷相關(guān)功能基因、解析其調(diào)控耐冷性的分子機(jī)制。[方法]以耐冷秈稻材料“P1211”和冷敏型秈稻突變體 cisc（ta） 為試驗(yàn)材料，進(jìn)行了低溫脅迫處理和水稻幼苗轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析。[結(jié)果]冷敏型突變體 cisc（ta） 低溫脅迫處理后共有4 542個(gè)差異表達(dá)基因，其中有3 673個(gè)基因上調(diào)，869個(gè)基因下調(diào)。在冷敏突變體 cisc（ta） 的差異表達(dá)基因中篩選到一些與低溫脅迫相關(guān)的典型基因，如基本的螺旋-環(huán)-螺旋（bHLH）、活性氧清除（SOD1）和富亮氨酸重復(fù)序列（LRR）等調(diào)控基因，此外，還篩選出一些與生長(zhǎng)素、脫落酸（ABA）、赤霉酸（GA）和冷應(yīng)激反應(yīng)調(diào)控（DREB/CBF）等相關(guān)的基因。為了確認(rèn)RNA-seq數(shù)據(jù)，隨機(jī)選擇差異表達(dá)基因進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量 PCR（qRT-PCR）表達(dá)分析，結(jié)果與這些基因的RNA-seq表達(dá)測(cè)定一致，證實(shí)了RNA-seq 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。[結(jié)論]該研究為水稻耐冷機(jī)理的研究和篩選水稻遺傳改良有用的候選基因奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 水稻（ ?sativa ?L.）;低溫脅迫;耐冷性;表達(dá)分析

中圖分類號(hào) Q 943.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）19-0090-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.19.022

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Analysis of miRNA Expression Profiles of a Cold-induced Seedling Chlorosis Gene（ cisc（ta） ） in Rice under Cold Stress

GONG Xiao-ping， ZHANG Zhi-li

（Yudongnan Academy of Agricultural Sciences，Chongqing 408000）

Abstract [Objective]To identify genes for cold tolerance and understand its underlying molecular mechanism of its regulation of cold tolerance.[Method]In the present study，a cold tolerance variety‘P1211and a cold sensitive variety ‘ cisc（ta） were used for transcriptomics analysis under low temperature stress.[Result]The results showed that in response to cold，a total of 4 542 differentially expressed genes （DEGs） were detected in ?cisc（ta） ，including 3 673 up-regulated and 869 down-regulated genes.Many common and special DEGs were analyzed in ?cisc（ta） .Some typical genes related to cold stress such as the basic helix-loop-helix （bHLH） gene，superoxide dismutase（SOD1）and leucine-rich repeat （LRR） domain gene etc.In addition，some genes related to several plant hormones such as auxin，abscisic acid （ABA），gibberellic acid （GA） and dehydration responsive element binding protein/C-repeat binding factor （DREB/CBF） were identified.To confirm the RNA-seq data，qRT-PCR were performed on 7 randomly selected DEGs.The expression patterns of RNA-seq on these genes corresponded with the qRT-PCR method，which further confirmed the accuracy of RNA-seq results.[Conclusion]This study provides some insights into the cold tolerance mechanism and digging out useful candidate genes for genetic improvement in rice.

Key words Rice;Low temperature stress;Cold tolerance;Expression analysis

基金項(xiàng)目 重慶市基礎(chǔ)研究與前沿探索項(xiàng)目（cstc2018jcyjAX0447）。

作者簡(jiǎn)介 龔曉平（1980—），男，重慶人，副研究員，博士，從事水稻遺傳育種、分子生物學(xué)研究。*通信作者，研究員，從事水稻遺傳育種研究。

收稿日期 2021-02-13

鑒定水稻耐冷性新的基因，揭示水稻耐冷性可能的分子機(jī)制，開展耐冷性新種質(zhì)創(chuàng)制和新品種選育是解決水稻低溫冷害的根本途徑。水稻在長(zhǎng)期的自然進(jìn)化和人工馴化過(guò)程中形成了復(fù)雜而高效應(yīng)對(duì)低溫脅迫的內(nèi)部調(diào)控機(jī)制，以抵御和適應(yīng)低溫脅迫[1]。近年來(lái)，隨著高通量測(cè)序技術(shù)的迅速發(fā)展，全基因組表達(dá)分析已被廣泛應(yīng)用于水稻耐逆功能基因組學(xué)研究，為植物耐逆相關(guān)基因鑒定和分子機(jī)制研究提供詳實(shí)、深度的數(shù)據(jù)[2]。Wang等[3]通過(guò)對(duì)耐寒水稻的轉(zhuǎn)錄組分析，鑒定了121個(gè)冷脅迫處理誘導(dǎo)的基因，發(fā)現(xiàn)活性氧（ROS）-bZIP1調(diào)節(jié)因子在冷脅迫的早期反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。Zhang等[4]通過(guò)對(duì)耐寒水稻LTH和冷敏感水稻IR29轉(zhuǎn)錄組的比較，發(fā)現(xiàn)耐寒基因型中許多抗逆基因的表達(dá)均在冷處理后上調(diào)。進(jìn)一步分析表明，C-repeat binding factor （CBF）和MYBS3調(diào)節(jié)因子與水稻對(duì)冷脅迫的耐受性相關(guān)。Yang等[5]對(duì)耐寒水稻TNG67和耐寒水稻TCN1的低溫響應(yīng)進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組比較分析。耐寒基因型比冷敏感基因型具有更快速的抗寒基因表達(dá)變化，這與蛋白質(zhì)的代謝、修飾、折疊和防御反應(yīng)有關(guān)。TNG67的轉(zhuǎn)錄因子OsMyb、OsbHLH、OsIAA23、SNAC2和OsWRKY1v2可能是水稻耐冷相關(guān)基因的良好候選基因。通過(guò)對(duì)一個(gè)特定耐寒水稻品種的比較芯片數(shù)據(jù)分析，揭示了CBF和ABA響應(yīng)元件（ABRE）調(diào)控因子之間的復(fù)雜交叉，以及脫落酸（ABA）信號(hào)在水稻耐寒性中的作用[6]。Shen等[7]利用RNA序列分析技術(shù)，在冷脅迫下比較了2個(gè)耐寒野生稻品種，結(jié)果表明共有318個(gè)差異表達(dá)基因是與耐寒性相關(guān)的常見差異表達(dá)基因。進(jìn)一步研究表明，鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可能在水稻的冷脅迫響應(yīng)中起主導(dǎo)作用，RNA解旋酶可能直接參與冷脅迫下水稻的溫度感知。