灌浆期增温和增施氮素下谷蛋白编码、加工和转运相关的调控因子参与调控谷蛋白的合成和亚基积累

【作者】 赵羽飞； 张晨； 赵一工； 彭宇轩； 冉宣； 郭浩； 沈莹莹； 刘文哲； 丁艳锋； 唐设；

【机构】 南京农业大学；

【摘要】 【研究背景】课题组前期研究发现灌浆期增温会显著恶化稻米的碾磨品质和外观品质,降低稻米的食味品质。在增温下增施适量的氮素可以缓解由于增温导致的稻米品质的恶化。与稻米品质形成密切相关的贮藏蛋白组分中,含量最高的谷蛋白响应增温和氮素变化显著。然而,温度和氮素对谷蛋白积累的调控机制尚不清楚,这阻碍了我们理解温度和氮素下稻米品质的形成。【材料与方法】选取前期筛选出的对温度敏感的常规粳稻武育粳3号为试验材料,利用大田开放式增温设备（Free-air temperature enhancement）于南京农业大学丹阳试验站进行了连续三年的大田增温试验（日/夜温分别提高2.38℃/4.25℃,2.39℃/4.47℃,3.78℃/4.37℃）,并在灌浆期进行增施氮素处理(60 kg ha^-1),通过测定谷蛋白含量和亚基积累,并结合谷蛋白编码、加工和转运的关键调控因子来揭示温度和氮素对谷蛋白的调控机制。【结果与分析】在三年的大田增温试验中,增温和氮素都会显著提高谷蛋白的相对含量。在籽粒灌浆初期和中期（花后20天前）,增温和增施氮素以及增温下增施氮素都会加速谷蛋白的积累,但在籽粒灌浆的中后期（花后20天后）,增温和增施氮素以及增温下增施氮素会降低谷蛋白的积累速率。增温和氮素也会改变谷蛋白的亚基水平,增温会提高谷蛋白前体的含量,但是在增温下增施氮素,谷蛋白酸性亚基的含量会增加。谷蛋白编码、加工和转运的相关调控因子在转录水平的表达结果表明,在花后5天,自然温度下增施氮素显著提高了谷蛋白加工和转运的关键调控因子PDIL1-1、GPA4、GPA2、GPA3和OsVPE1的转录水平。然而,增温显著提高了花后20天前谷蛋白编码基因的表达,而在花后20 d后,谷蛋白加工和转运的关键调控因子OsBip1、OsPDIL1-1、GPA1、GPA2-GPA4和OsVPE1的表达显著提高。【结论】因此,我们推测增温下谷蛋白亚基积累的变化可能与谷蛋白加工、转运和积累的关键调控因子的协同表达有关。本研究结果为进一步明确全球变暖下稻米品质形成与谷蛋白积累的关系提供了理论依据。更多还原