1、水稻是全球最重要的谷類作物之一，同時也是重要飼料、纖維以及生物燃料來源。硫元素(S)作為植物必需營養(yǎng)元素在植物生長、發(fā)育、代謝過程以及產(chǎn)量中都起著重要的作用。硫最初主要以硫酸鹽的形式從環(huán)境中吸收，是蛋白質(zhì)、維生素、輔酶、谷胱甘肽或鐵氧還蛋白等多種物質(zhì)的組成成分，對還原小分子化合物以及重金屬、外源性物質(zhì)的去毒等起著至關(guān)重要的生化作用。近年來由于大量氮肥的施用以及含硫廢氣的排放限制，土壤缺硫即將成為限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個因素。有關(guān)硫的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)

2、和同化研究得較為清楚。擬南芥中缺硫的應(yīng)答機(jī)理研究得也較為清楚，而水稻對缺硫的應(yīng)答研究報道較少。因此，本研究將兩周齡的水稻幼苗進(jìn)行缺硫脅迫處理，觀察了缺硫脅迫對水稻植株生長和生化水平的影響;并對正常生長與缺硫脅迫一周的水稻葉子和根中轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行對比分析，找到了水稻中缺硫脅迫應(yīng)答基因，并對其進(jìn)行差異表達(dá)分析，從而達(dá)到對水稻中缺硫脅迫相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制探究的目的。具體研究結(jié)果如下:
　　(1)生長和生化水平的研究表明，缺硫脅迫兩周左右的

3、水稻幼苗POD、CAT、SOD酶活力以及葉綠素含量開始出現(xiàn)顯著下降，還原型谷胱甘肽含量在第三周開始出現(xiàn)下降。約在缺硫處理一個月左右植株生長表型表現(xiàn)出根長明顯伸長葉片較黃等表型。與擬南芥、油菜、楊樹等植物相比，水稻對缺硫脅迫不太敏感。
　　(2)通過對正常及缺硫處理一周的水稻幼苗進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析，葉中對照組檢測到20705條基因，處理組中檢測到31200個基因，根中對照組檢測到29964個基因，處理組檢測到31050條基因，說明在缺硫

4、脅迫下水稻幼苗中有眾多基因被誘導(dǎo)表達(dá)。應(yīng)用NOISeq技術(shù)對差異表達(dá)基因進(jìn)行檢測，葉中篩選出866個差異表達(dá)基因，11個基因下調(diào)、855個基因上調(diào)，根中共有289個差異表達(dá)基因，28個基因下調(diào)、261個基因上調(diào)，且根與葉子中共同的差異表達(dá)基因很少。并對13個差異表達(dá)基因運(yùn)用實時熒光定量PCR進(jìn)行驗證，得到了與RNA-seq相似的結(jié)果，說明本次高通量測序的可靠性。
　　(3)對差異表達(dá)基因進(jìn)行KEGG、Pathway顯著性富集分析表

5、明，在缺硫脅迫下大量與氧化脅迫應(yīng)答相關(guān)的基因發(fā)生了差異表達(dá)，葉差異表達(dá)基因主要與核酸代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等多種代謝通路有關(guān);根中差異表達(dá)基因主要與能量代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等多種代謝通路有關(guān)。
　　(4)缺硫脅迫下負(fù)責(zé)硫運(yùn)輸?shù)牧蜣D(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)控與擬南芥相似，表明水稻采用與擬南芥相似的機(jī)制來調(diào)控硫酸鹽的重新分布;與擬南芥一樣，水稻中硫同化途徑中的ATPS、APR、MSA1、SDI1、SAM以及miR395靶基因也受到不同程度的調(diào)控。但是，在擬南芥中

6、缺硫脅迫可以導(dǎo)致miR395的靶基因ATPS1、ATPS3、ATPS4的表達(dá)水平下降，但水稻中ATPS的表達(dá)被誘導(dǎo)，這很可能是單子葉和雙子葉植物調(diào)控機(jī)制的差異性。同時預(yù)測了Os09g27660很可能是miR395的靶基因。
　　(5)對根和葉中差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子分析表明，葉中有21個差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子，根中有4個差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子，葉中差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子數(shù)目明顯高于根，這些轉(zhuǎn)錄因子對于調(diào)控缺硫應(yīng)答基因的表達(dá)及植物激素代謝具有重要意義。同時

7、發(fā)現(xiàn)多個miRNA靶基因的表達(dá)發(fā)生明顯變化，說明除miR395外其它miRNA很可能也參與了缺硫脅迫的應(yīng)答。
　　本研究表明缺硫脅迫能促進(jìn)水稻根的生長;同時水稻幼苗的硫轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制和同化途徑發(fā)生了相應(yīng)的變化來應(yīng)答硫匱乏的生理狀態(tài);缺硫脅迫同時誘導(dǎo)了氧化應(yīng)激反應(yīng)，大量的氧化脅迫相關(guān)的應(yīng)答基因被調(diào)控;并得到一系列與水稻幼苗缺硫脅迫應(yīng)答相關(guān)的差異表達(dá)基因。該研究為水稻缺硫脅迫應(yīng)答調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)，也將為提高水稻抗脅迫能力和產(chǎn)量