漆酶基因OsLAC6 在水稻应答亚砷酸盐胁迫中的作用

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2022.01.004

摘要/Abstract

摘要： 对OsLAC6 基因的表达模式以及野生型日本晴和超表达OsLAC6 基因水稻株系的漆酶活性、根系木质素含量、亚砷酸盐胁迫耐受性及亚砷酸盐胁迫条件下叶绿素、过氧化氢含量等进行分析，以期明确OsLAC6 基因在水稻亚砷酸盐胁迫应答中的作用。结果表明，OsLAC6 基因具有明显的时空表达特性，其在分蘖期和成熟期的根系、茎和叶片及分蘖期节中表达量较高。超表达OsLAC6 基因极显著提高了转基因水稻株系叶片中漆酶活性，降低了水稻根系中木质素含量及对亚砷酸盐的耐受性。亚砷酸盐处理后，与野生型对照相比，超表达OsLAC6 基因水稻株系的根系相对伸长量、叶绿素含量显著降低，叶片过氧化氢含量增加。综上，OsLAC6 基因负调控水稻对亚砷酸盐的耐受性。

关键词: 水稻, 漆酶, OsLAC6, 转基因, 亚砷酸盐胁迫

Abstract: The expression pattern of laccase gene OsLAC6，as well as laccase activity，lignin content in the roots，phenotypes of arsenite tolerance，and the changes of contents of chlorophyll and H₂O₂ of wild type（WT）and transgenic rice lines overexpressing OsLAC6 gene under arsenite stress were examined，so as to uncover the role of OsLAC6 gene in response to arsenic stress in rice.The results showed that the OsLAC6 gene exhibited apparently temporal and spatial expression pattern，which was mainly expressed in the roots，stems，leaves and nodes of rice plants at tillering stage and roots，stems leaves of rice plants at mature stage.Overexpression of OsLAC6 gene extensively significantly increased the laccase activity，but decreased lignin content in roots and the arsenite tolerance of transgenic rice lines.Under arsenite treatment，transgenic rice lines overexpressing OsLAC6 gene exhibited significantly shorter relative root elongation，lower chlorophyll content in leaves，and higher H₂O₂ content compared with WT.Therefore，OsLAC6 negatively regulates the arsenite tolerance in rice.

Key words: Rice, Laccase, OsLAC6, Transgene, Arsenite stress

中图分类号:

S511

徐逸群, 郭瑶, 刘庆坡. 漆酶基因OsLAC6 在水稻应答亚砷酸盐胁迫中的作用[J]. 河南农业科学, 2022, 51(1): 27-33.

XU Yiqun, GUO Yao, LIU Qingpo. Role of Laccase Gene OsLAC6 in Response to Arsenite Stress in Rice[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2022, 51(1): 27-33.

图/表 9

参考文献

［1］MAWIA A M，HUI S，ZHOU L，et al.Inorganic arsenic toxicity and alleviation strategies in rice［J］.J Hazard Mater，2021，408：124751.
［2］MUEHE E M，WANG T，KERL C F，et al.Rice production threatened by coupled stresses of climate and soil arsenic［J］.Nat Commun，2019，10（1）：4985.
［3］SU Y H，MCGRATH S P，ZHAO F J.Rice is more efficient in arsenite uptake and translocation than wheat and barley［J］.Plant Soil，2010，328：27‐34.
［4］WANG C，ZHENG L，TANG Z，et al.OASTL‐A1 functions as a cytosolic cysteine synthase and affects arsenic tolerance in rice［J］. J Exp Bot，2020，71（12）：3678‐3689.
［5］SONG W Y，YAMAKI T，YAMAJI N，et al.A rice ABC transporter，OsABCC1，reduces arsenic accumulation in the grain［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2014，111（44）：15699‐15704.
［6］LIU Q，HU H，ZHU L，et al.Involvement of miR528 in the regulation of arsenite tolerance in rice（Oryza sativa）［J］.J Agric Food Chem，2015，63（40）：8849‐8861.
［7］LIU Q，LUO L，WANG X，et al.Comprehensive analysis of rice laccase gene （OsLAC） family and ectopic expression of OsLAC10 enhances tolerance to copper stress in Arabidopsis［J］.Int J Mol Sci，2017，18（2）：209.
［8］TURLAPATI P V，KIM K W，DAVIN L B，et al.The laccase multigene family in Arabidopsis thaliana：Towards addressing the mystery of their gene function（s）［J］.Planta，2011，233（3）：439‐470.
［9］ZHAO Q，NAKASHIMA J，CHEN F，et al.Laccase is necessary and nonredundant with peroxidase for lignin polymerization during vascular development in Arabidopsis［J］.Plant Cell，2013，25（10）：3976‐3987.
［10］CHENG X，LI G，MA C，et al.Comprehensive genome‐wide analysis of the pear（Pyrus bretschneideri）laccase gene（PbLAC）family and functional identification of PbLAC1 involved in lignin biosynthesis［J］.PLoS One，2019，14（2）：e0210892.
［11］LI L，YANG K，WANG S，et al.Genome‐wide analysis of laccase genes in moso bamboo highlights PeLAC10 involved in lignin biosynthesis and in response to abiotic stresses［J］.Plant Cell Rep，2020，39（6）：751‐763.
［12］HU Q，MIN L，YANG X，et al.Laccase GhLac1 modulates broad‐spectrum biotic stress tolerance via manipulating phenylpropanoid pathway and jasmonic acid synthesis［J］.Plant Physiol，2018，176（2）：1808‐1823.
［13］ZHANG Y，WU L，WANG X，et al.The cotton laccase gene GhLAC15 enhances Verticillium wilt resistance via an increase in defence‐induced lignification and lignin components in the cell walls of plants［J］.Mol Plant Pathol，2019，20（3）：309‐322.
［14］JIAO X，LI G，WANG Y，et al.Systematic analysis of the Pleurotus ostreatus laccase gene（PoLac） family and functional characterization of PoLac2 involved in the degradation of cotton‐straw lignin［J］.Molecules，2018，23（4）：880.
［15］DIAMANTIDIS G，EFFOSSE A，POTIER P，et al.Purification and characterization of the first bacterial laccase in the rhizospheric bacterium Azospirillum lipoferum［J］.Soil Biol Biochem，2000，32：919‐927.
［16］ZHANG Y，FAN J，FRANCIS F，et al.Molecular characterization and gene silencing of laccase 1 in the grain aphid，Sitobion avenae［J］.Arch Insect Biochem Physiol，2018，97（4）：e21446.
［17］LIU M，DONG H，WANG M，et al.Evolutionary divergence of function and expression of laccase genes in plants［J］.J Genet，2020，99：23.
［18］YU Y，LI Q F，ZHANG J P，et al.Laccase‐13 regulates seed setting rate by affecting hydrogen peroxide dynamics and mitochondrial integrity in rice［J］.Front Plant Sci，2017，8：1324.
［19］ZHANG Y C，YU Y，WANG C Y，et al.Overexpression of microRNA OsmiR397 improves rice yield by increasing grain size and promoting panicle branching［J］.Nat Biotechnol，2013，31（9）：848‐852.
［20］PAN L，ZHAO H，YU Q，et al.miR397/laccase gene mediated network improves tolerance to fenoxaprop‐P‐ethyl in Beckmannia syzigachne and Oryza sativa［J］.Front Plant Sci，2017，8：879.
［21］MURRAY M G，THOMPSON W F.Rapid isolation of high molecular weight plant DNA［J］.Nucl Acids Res，1980，8（19）：4321‐4325.
［22］BERTHET S，DEMONT‐CAULET N，POLLET B，et al.Disruption of LACCASE4 and 17 results in tissue‐specific alterations to lignification of Arabidopsis thaliana stems［J］.Plant Cell，2011，23（3）：1124‐1137.
［23］胡琴.漆酶GhLac1介导棉花广谱抗性的机制解析［D］.武汉：华中农业大学，2018.
HU Q.The functional characterization of a laccase gene GhLac1 in cotton broad‐spectrum resistance ［D］.Wuhan：Huazhong Agricultural University，2018.
［24］窦玲玲，胡海超，马龙，等.一个水稻铜锌SOD酶基因在应答亚砷酸盐胁迫中的作用［J］.中国水稻科学，2018，32（5）：437‐444.
DOU L L，HU H C，MA L，et al.Functional analysis of a copper/zinc SOD encoding gene in response to arsenite
stress in rice［J］.Chinese Journal of Rice Science，2018，32（5）：437‐444.
［25］CAO Y，SUN D，AI H，et al.Knocking out OsPT4 gene decreases arsenate uptake by rice plants and inorganic arsenic accumulation in rice grains［J］.Environ Sci Technol，2017，51（21）：12131‐12138.
［26］WANG P，ZHANG W，MAO C，et al.The role of OsPT8 in arsenate uptake and varietal difference in arsenate tolerance in rice［J］.J Exp Bot，2016，67（21）：6051‐6059.
［27］SHI S，WANG T，CHEN Z，et al.OsHAC1；1 and OsHAC1；2 function as arsenate reductases and regulate arsenic accumulation［J］.Plant Physiol，2016，172（3）：1708‐1719.
［28］XU J，SHI S，WANG L，et al.OsHAC4 is critical for arsenate tolerance and regulates arsenic accumulation in rice［J］.New Phytol，2017，215（3）：1090‐1101.
［29］SHARMA D，TIWARI M，LAKHWANI D，et al.Differential expression of microRNAs by arsenate and arsenite stress in natural accessions of rice ［J］.Metallomics，2015，7（1）：174‐187.
［30］张盛春，张玉平，王小菁.拟南芥漆酶基因AtLAC2调控植物生长发育的研究［J］.植物生理学报，2012，48（6）：597‐604.
ZHANG S C，ZHANG Y P，WANG X J.Arabidopsis thaliana laccase gene AtLAC2 regulates plant growth and development［J］.Plant Physiology Journal，2012，48（6）：597‐604.

[1]	樊一凡, 张艳艳, 王艺媚, 李俊周, 杜彦修, 孙红正, 彭廷, 赵全志, 张静. 不同播期温光条件对籼稻产量和品质的影响[J]. 河南农业科学, 2024, 53(2): 17-27.
[2]	赵彪, 冯旭, 贺付蒙, 徐永清, 石齐海, 冯艳忠, 李凤兰. EM富硒酵母菌剂的制备及其在水稻富硒生产中的应用[J]. 河南农业科学, 2023, 52(8): 26-35.
[3]	解文孝, 姜秀英, 吕军, 潘争艳, 韩勇, 王庆新, 李建国. 不同叶位功能叶片对不同穗型水稻籽粒灌浆特性及稻米品质的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(8): 36-44.
[4]	豆丹丹, 孙建军, 王德新, 郭玉玺, 郭新海, 丁超明. 播期对早中稻产量和品质的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(7): 12-23.
[5]	程志强, 方圣辉. 基于水稻三维模型的表型参数提取及生物量估测[J]. 河南农业科学, 2023, 52(7): 144-153.
[6]	黄海, 瞿小杰, 刘金海, 彭赞文. 盐碱胁迫下不同倍性水稻4 种转录因子家族基因的表达模式分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 22-33.
[7]	张秀锦, 张容慧, 蔡景行, 王国坤, 柴冠群, 黄承玲, 范成五. 镍污染稻田低积累水稻品种筛选及健康风险评价[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 61-69.
[8]	韦钙兴, 易文龙, 刘昱成, 赵应丁, 陈庭倬. 基于改进U-Net 的水稻叶片细胞分割方法研究[J]. 河南农业科学, 2023, 52(3): 153-160.
[9]	雷振山, 李猛, 卫云飞, 季新, 刘娟, 王付娟, 刘秋员. 不同种植方式对豫南地区优质食味粳稻产量及品质的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(2): 12-20.
[10]	马学虎, 马昀君, 黄璜, 陈灿, 王忍, 张印, 伍世豪, 张泉, 张琴. 稻禽共生对水稻群体生长特性和产量形成的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(11): 42-48.
[11]	郑紫瑞, 赵辉杰, 位盼盼, 方鹏, 王来刚, 徐少博. 集成多源遥感数据与生育期时序光谱特征的水稻种植面积提取[J]. 河南农业科学, 2023, 52(10): 153-161.
[12]	汤伟, 陈灿, 黄璜, 周天送, 王忍. 不同作物+小龙虾种养模式作物产量及氮、磷平衡分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(1): 24-33.
[13]	白天亮, 李杰, 冉杰, 杨辉, 乔承彬, 李培富, 田蕾. 水稻产量构成因素QTL 精细定位的研究进展[J]. 河南农业科学, 2022, 51(8): 1-8.
[14]	陆峰, 廖超林, 刘峰峰, 肖志鹏, 龙飞, 向鹏华, 唐剑宁, 肖孟宇, 张永革, 单雪华. 烟稻复种连作年限对紫色水稻土团聚体稳定性的影响[J]. 河南农业科学, 2022, 51(7): 85-92.
[15]	李文秀, 周行, 刘琅, 吴朝晖. 稻作生产中水、肥、药高效利用及对水稻的影响研究进展[J]. 河南农业科学, 2022, 51(6): 1-12.