通过RNAi技术下调OsLOXs提高水稻种子耐储性

【作者】 张平； 伍洪铭； 张福鳞； 曹鹏辉； 蔡梦颖； 宋炜涵； 刘世家； 江玲；

【机构】 南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室/江苏省植物基因工程技术研究中心；

【摘要】 [研究背景]脂质代谢是膜脂降解和种子变质的主要原因,进而影响种子活力。引起种子在储藏过程中脂质降解的关键酶是脂氧合酶（Lipoxygenase, EC 1.13.11.12, LOX）,包括LOX1、LOX2、LOX3等同工酶,其中LOX3是导致种子脂质氧化的主要同工酶,其产物主要是易挥发的小分子化合物,如丙二醛等,造成种子耐储性降低,种子活力下降,最终丧失活性。降低水稻种子中脂氧合酶的含量可提高水稻的耐储性。本室前期已通过RNA干扰技术,以‘宁粳1号’为受体,创制了一批OsLOXs干扰的转基因材料,本研究在此基础上经过多次鉴定和选择,选出含有目的片段但不含潮霉素的稳定家系,其耐储性较‘宁粳1号’有显著提高,并对改良家系进行生理生化特征及农艺性状的考察,评价其利用价值。[材料与方法]利用RNA干扰（RNAi）技术,下调水稻品种‘宁粳1号’脂氧合酶基因（Lipoxygenase,LOX）的表达,对转基因后代进行多年分子鉴定,筛选确定目标株系,并对2个改良家系的种子进行自然老化和人工老化处理后,对其丙二醛（MDA）含量、种子发芽（速）率等进行测定,并用TTC（2,3,5-氯化三苯基四氮唑）法测定种子生活力,对改良家系的直链淀粉含量、总淀粉含量及胶稠度等品质相关指标进行测定,考察其农艺性状。[结果与分析]获得了稳定含有目的片段且不含潮霉素基因的2个改良家系XO3和XO6,与‘宁粳1号’相比,改良系中OsLOX2和OsLOX3表达量显著降低;经10个月自然放置和7 d人工老化处理,改良系脂氧合酶和丙二醛含量均显著低于受体亲本‘宁粳1号’,其脂氧合酶含量为0.094～0.111ng·mL^-1、丙二醛含量低于4 nmol·mg^-1,而‘宁粳1号’分别为0.115 ng·mL-1和6 nmol·mg^-1;老化后‘宁粳1号’发芽率只有31%,而改良系发芽率在70%以上;TTC染色后还原得到的TTCH（2,3,5-三苯基四唑氯化物）含量和发芽速率的测定也表明改良系的种子活力显著提高;老化后,改良系的种子淀粉含量和胶稠度变化幅度小于‘宁粳1号’。此外,改良系的分蘖数和有效穗数明显增加但结实率降低。[结论]通过RNA干扰技术降低‘宁粳1号’中OsLOX2和OsLOX3基因的表达,提高了‘宁粳1号’的耐储性,为耐贮藏水稻分子育种提供材料基础。更多还原