全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2009, 35(6): 1030−1037 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由中国科学院知识创新工程领域前沿项目(0551033)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 张端品, E-mail: tingchenm@163.com
Received(收稿日期): 2008-12-10; Accepted(接受日期): 2009-02-17.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2009.01030
全基因组分析 PEG 胁迫下水稻根系转录因子表达变化
马廷臣 1,2 陈荣军 2 余蓉蓉 2 曾汉来 1 张端品 1,*
1 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室, 湖北武汉 430070; 2 中国科学院亚热带农业生态研究所, 湖南长沙 410125
摘 要: 转录因子在植物抗逆境中起重要的调节作用。本文使用 Affymetrix水稻 60K芯片全基因组研究 PEG胁迫时
2个耐旱性不同的水稻品种的转录因子及转录因子家族的变化, 结果表明, 在 PEG胁迫下, 耐旱品种湘丰早 119根系
共有 95个转录因子转录本与对照处理比较表达发生变化(24个为转录水平下调表达, 71个为转录水平上调表达); 干
旱敏感品种爱华 5 号根系有 129 个转录因子转录本表达发生变化(转录水平上调的转录因子转录本 60 个, 转录水平
下调的转录因子转录本 69 个); 2个品种 PEG胁迫响应转录因子隶属的转录因子家族都为 30个, 但各转录因子所属
的 30个家族并不完全相同; PEG胁迫逆境中, PEG胁迫响应转录因子转录本表现出品种特异性, 湘丰早 119有 72个
为特异响应转录本, 爱华 5号有 106个特异响应的转录因子转录本; 2个品种在干旱胁迫下响应的转录因子有 23个为
重叠转录本, 其中有 16个在转录水平上调表达, 7个在转录水平下调表达; 2个品种的 PEG胁迫响应转录因子基因在
染色体上的分布不同, 重叠转录因子基因主要位于第 2染色体 0.432~26.139 Mb和第 5染色体 0.076~20.597 Mb之间。
关键词: 水稻; 根系; 基因芯片; 转录因子; 耐旱性差异
Global Genome Expression Analysis of Transcription Factors under PEG Os-
motic Stress in Rice Root System
MA Ting-Chen1,2, CHEN Rong-Jun2, YU Rong-Rong2, ZENG Han-Lai1, and ZHANG Duan-Pin1,*
1 National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2 Institute of Subtropical Agri-
culture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China
Abstract: Transcription factors play an important role in plant stress tolerance. The Affymetrix rice genome arrays were used to
study the expression change of transcription factors and their families in two rice cultivars with different levels of drought toler-
ance under PEG osmotic stress. A total of 95 transcripts encoding transcription factors (24 transcripts were down-regulated and 71
transcripts were up-regulated at the transcription level) in Xiangfengzao 119 and 129 transcripts (69 transcripts were
down-regulated and 60 transcripts were up-regulated at the transcription level) in Aihua 5 were affected by PEG osmotic stress.
Transcription factors transcripts in response to PEG osmotic stresses belonged to 30 transcription factors families for each of two
cultivars, but there was a difference between the two 30 families. The transcription factors transcripts for expressed cultivar spe-
cific-response to PEG osmotic stress, with 72 transcripts for Xiangfengzao 119 and 106 for Aihua 5. There was an overlap of tran-
scripts in response to PEG osmotic stress between Xiangfengzao 119 and Aihua 5, with the 16 and 7 up-regulated and the
down-regulated at the transcription level, respectively. Distribution of PEG osmotic stress regulating genes of two cultivars on rice
chromosome was different and their overlapped transcripts were located in 0.432 to 26.139 Mb of chromosome 2 and 0.076 to
20.597 Mb of chromosome 5.
Keywords: Rice; Root system; Microarray; Transcription factor; Different drought tolerance
近年来, 水资源的矛盾日益尖锐, 缺水是我国
面临的最严重问题之一。在农业生产中, 经常会出
现频繁的干旱, 对粮食生产造成巨大的损失。全世
界每年因干旱而造成的粮食生产的损失几乎等于其
他所有环境因子造成损失的总和。因此作物对干旱
的研究一直是热点, 但是长期以来, 人们过多关注
第 6期 马廷臣等: 全基因组分析 PEG胁迫下水稻根系转录因子表达变化 1031


植物地上部对干旱的应答[1-6], 而对根系的了解却相
对较少。
另外水稻抗旱性是也是近来的研究热点 [1-12],
但对干旱的研究侧重于生理方面, 分子水平研究相
对落后, 根系是对干旱胁迫承受的主要部位, 是研
究抗旱的根本, 因此, 加强抗旱水稻的根系分子水
平研究, 将具有重要的基础和应用价值。
植物转录因子在植物生命活动中起着重要的作
用, 自1987年首次在玉米中发现以来, 已发现的植
物转录因子有数百种, 在水稻中至少有2 300个转录
因子, 在水稻生长发育中起着重要的作用。目前研
究得知, 植物转录因子通过转录调控来调控一系列
与逆境相关基因的表达, 从而提高植物对逆境的耐
受能力。现在已报道转录因子与抗寒、抗旱、耐盐
和抗病等一系列抗逆性密切相关[13-23]。
研究表明PEG模拟干旱与土壤干旱的效果非常
相似 [25-26], 且由于根系和转录因子的重要性, 本文
利用基因芯片技术全基因组研究PEG模拟干旱下2
个耐旱性不同的水稻根系转录因子表达变化, 以期
更好地理解干旱的作用过程和机理, 以提高植物抗
旱性。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料为湘丰早 119 (Oryza sativa L. subsp.
indica Kato, 籼型水稻, 湖南省水稻研究所选育, 全
生育期 108 d左右, 耐旱)和爱华 5号(Oryza sativa L.
subsp. indica Kato, 籼型水稻, 湖南省水稻研究所选
育, 全生育期 109 d左右, 干旱敏感)。
PEG-6000为北京双环化学试剂厂进口分装, 粉
末状 , 易溶于水 , 化学式为 HO(CH2CH2O2)nH,
n=158~204, 浓度为质量体积百分比。
1.2 材料培养
选择籽粒饱满, 健康的种子, 使用 10%次氯酸
钠消毒 30 min, 清水冲洗 4~5次, 33℃催芽露白, 播
种于以铁丝固定的纱布上, 将纱布置 30 cm × 20 cm
× 15 cm (长×宽×高)的聚乙烯塑料方盘中, 距盘底
10 cm, 每盘播 1个品种, 500粒。培养于人工气候箱,
光照强度 80 μmol m−2 s−1, 温度 25 ,℃ 湿度
70%~80%, 每天照光 16 h。使用木村营养液进行培
养(pH 6.5), 每 7 d更换一次培养液, 至 20 d (三叶一
心期)开始使用不同浓度 PEG处理, T0 = 0% (对照)、
T1 = 20%(干旱胁迫), 处理 6 d后取样。
1.3 根系总 RNA的提取、纯化及 RT-PCR
用 Invitrogen 的 TRIzol 提取根系总 RNA, 用
QIAGEN的 RNeasy Mini Kit纯化, 据魏敏等[12]的方
法进行反转录 cDNA 和产物的 Real-time PCR 扩增
依。
通过标准曲线获得未知样品基因相对表达的 Ct
值:
X 处理/X 对照=2(Ct 处理–Ct 对照)(X为表达变化)
计算出的相对表达含量在上调 2倍和下调 2倍之
间的被认为其活性未变化。
1.4 生物芯片
使用 Affymetrix 生物芯片 , 按照其培训手册
2005年版进行(http://www.Affymetrix.com) cDNA合
成、芯片杂交、冲洗扫描。使用 Affymetrix GeneChip
Fluidics Station 450 完成后杂化反应冲洗和双链切
割, 使用 Affymetrix GeneChip Scanner 3000完成芯
片扫描。
使用 GeneChip Operating Software (GCOS 1.2)
(Affymetrix)统计分析芯片数据。由 GeneChip Op-
erating Software (GCOS 1.2) (Affymetrix)分析探针
检测信号(表达、不表达或边缘化表达)。由 dChip
(Affymetrix)进一步分析表达的探针数据, 以 2 个品
种无 PEG的处理作为对照, 20%的 PEG作为干旱处
理的数据与对照比较表达水平, 变化倍数大于 2 倍
认为是基因表达活性发生变化。
Affymetrix 水稻芯片有 58 000多个寡聚核苷酸
探针, 涵盖 46 000 个基因, 约是水稻基因组基因数
目的 80%。在芯片上共包含约 2 300 个编码转录因
子的基因, 涉及水稻 66 个转录因子家族, 几乎包含
了所有水稻转录因子。因此, 基于水稻芯片的全基
因组分析, 可以全面反映水稻对 PEG模拟干旱胁迫
响应的转录因子及家族。
2 结果与分析
2.1 两品种水稻根系响应 PEG 胁迫的转录因子
家族及转录因子表达模式
在 PEG胁迫下, 耐旱品种湘丰早 119根系共有
95个转录因子转录本与对照比较表达发生变化, 占
水稻转录因子总数的 4%左右。在这 95个 PEG胁迫
响应的转录本中, 有 24 个为转录水平下调表达, 71
个为转录水平上调表达。转录水平的下调表达平均
下调的倍数为 3.35 倍, 转录水平最大下调是编码
WRKY 转录因子的转录本(Os.48082.1.S1_at), 下调
1032 作 物 学 报 第 35卷

倍数为 8倍(表 1), 转录水平最小下调的转录本是编 码 PLATZ 子(OsAffx.11944.1.S1_at)、GRAS(Os.

表 1 湘丰早 119 与爱华 5 号 PEG 胁迫响应变化倍数超过 4 倍的转录因子基因
Table 1 The transcription factors transcripts in response to PEG osmotic stress over 4-folds in Xiangfengzao 119 and Aihua 5
品种
Cultivar
探针 ID
Probe ID
转录因子家族
Transcription factors family
转录本
Transcripts assignments
表达变化 1)
Expressing change 1)
Os.50593.1.S1_at ABI3VP1 LOC_Os02g38470.1 −3.5
Os.38278.2.S1_at ABI3VP1 LOC_Os03g06850.1 −3.0
OsAffx.30718.1.S1_x_at ABI3VP1 LOC_Os10g39190.1 −2.5
OsAffx.18596.1.S1_x_at AP2-EREBP LOC_Os10g41130.1 −2.3
Os.51078.1.S1_at AP2-EREBP LOC_Os02g45450.1 2.3
OsAffx.27377.1.S1_at AP2-EREBP LOC_Os05g49010.1 2.5
Os.5816.1.S1_at AP2-EREBP LOC_Os09g35010.1 3.2
OsAffx.17392.2.S1_at bHLH LOC_Os08g38080.1 −2.3
OsAffx.1884.1.S1_x_at bHLH LOC_Os01g01840.1 −2.1
Os.52592.1.S1_at bHLH LOC_Os02g49480.1 −2.0
Os.16025.1.S1_s_at bZIP LOC_Os06g39960.1 −2.3
OsAffx.28017.1.S1_at bZIP LOC_Os06g39960.1 −2.0
Os.46836.1.S1_at bZIP LOC_Os10g38820.1 2.0
Os.5736.2.S1_x_at C2C2-Dof LOC_Os10g26620.1 −3.2
OsAffx.24890.1.S1_at C2C2-GATA LOC_Os02g56250.1 −2.4
Os.50970.1.S1_at C2H2 LOC_Os03g32230.1 −4.6
Os.55921.1.S1_at C2H2 LOC_Os03g32220.1 −2.7
Os.8410.1.S1_at C2H2 LOC_Os09g38790.1 −2.4
Os.5217.1.S1_at C3H LOC_Os01g14870.1 2.0
Os.53020.1.S1_at GRAS LOC_Os05g42130.1 2.1
Os.21068.2.S1_x_at HB LOC_Os03g06930.1 −3.0
Os.35681.1.S1_at HSF LOC_Os01g53220.1 2.9
OsAffx.12463.1.S1_at LIM LOC_Os02g42820.1 4.4
Os.45888.1.S1_at MYB LOC_Os01g45090.1 −4.3
OsAffx.16082.1.S1_at NAC LOC_Os07g04560.1 −3.7
OsAffx.14163.1.S1_at NAC LOC_Os04g35660.1 2.2
OsAffx.27015.2.S1_at Orphans LOC_Os05g25800.1 3.7
OsAffx.15035.1.S1_at WRKY LOC_Os05g40070.1 −2.9
Os.55259.1.S1_at ZIM LOC_Os04g32480.1 −3.0
爱华 5号
Aihua 5

OsAffx.30708.1.S1_x_at AP2-EREBP LOC_Os10g38000.1 3.3
Os.26512.1.S1_at AUX/IAA LOC_Os03g58350.1 2.3
Os.18169.1.S1_at AUX/IAA LOC_Os01g18360.1 3.4
Os.51063.1.S1_at bHLH LOC_Os09g28210.1 2.2
OsAffx.6446.1.S1_at C2C2-Dof LOC_Os09g29960.1 2.1
Os.50594.1.S1_at C2H2 LOC_Os04g46680.1 4.2
Os.9495.1.S1_at CCAAT_HAP3 LOC_Os06g17480.1 3.9
Os.29819.2.S1_x_at G2-like LOC_Os01g08160.1 2.7
Os.12134.1.S1_at HB LOC_Os04g45810.1 2.4
OsAffx.5195.1.A1_at HB LOC_Os07g03770.1 3.8
Os.56210.1.S1_at MYB LOC_Os04g42950.1 2.7
OsAffx.28697.1.S1_at MYB LOC_Os07g31470.1 3.0
Os.623.3.S1_x_at MYB-related LOC_Os01g09640.1 2.0
OsAffx.29407.3.S1_at Orphans LOC_Os08g26990.1 4.3
OsAffx.21236.1.S1_at RWP-RK LOC_Os01g37100.1 4.8
Os.51204.1.S1_at TCP LOC_Os02g42380.1 2.1
湘丰早 119
Xiangfengzao
119
OsAffx.3034.1.S1_at NAC LOC_Os02g51120.1 −4.0
1) 正值表示上调, 负值表示下调。
1) Up-regulation and down-regulation are denoted with positive and negative values, respectively.
第 6期 马廷臣等: 全基因组分析 PEG胁迫下水稻根系转录因子表达变化 1033


31950.1.S1_at)和 DDT(Os.24275.1.S2_at)的转录本 ,
下调倍数都为 2倍。上调的 71个转录因子转录水平
平均上调 5.05倍, 最大上调的转录本为 RWP-RK转
录本 (OsAffx.21236.1.S1_at), 变化倍数达到 27.86
倍 (表 1), 最小上调的是 MYB(Os.9336.1.S1_at)、
Orphans (Os.8117.1.S1_at) 、 AP2-EREBP(Os.5599.
1.S1_at)和 GRAS(Os.11843.1.S1_at)转录本, 均比对
照在转录水平上调 2倍。
进一步分析湘丰早 119 的 95 个转录因子转录本,
发现它们隶属于 30个转录因子家族, 占水稻转录因
子家族的 45.5%, 其中转录水平上调的分别属于 20
个家族, 转录水平下调的属于 19个家族。有 9个家
族变化比较复杂 , 既有转录水平上调的转录因子 ,
也有转录水平下调的转录因子, 如 WRKY 家族、
MYB家族和 NAC家族等。
爱华 5号根系在 PEG胁迫下与对照相比, 共有
129 个转录因子转录本转录水平表达发生变化, 为
水稻转录因子总数的 5.61%。其中转录水平上调的
60个, 转录水平下调的 69个。转录水平下调的转录
本平均下调倍数为 4.96 倍, 转录水平最大下调的转
录本是 WRKY(Os.48082.1.S1_at), 下调倍数高达
51.98倍 (表 1), 编码 AP2-EREBP (Os.21563.1.S1_a
_at) 、 WRKY(Os.37565.2.S1_at) 、 NAC(Os.49206.1.
S1_at)、bHLH (Os.5093.1.S1_at)等的转录本仅下调 2
倍, 为转录水平最小下调倍数。转录水平表达上调
的 60个转录本平均上调倍数为 3.79倍, LIM转录本
(OsAffx.12463.1.S1_at)为转录水平最大上调 (21.11
倍)(表 1), HB 转录本(Os.2365.1.S1_at、Os.17301.1.
S1_at和 Os.26397.1.S1_at)、Sigma70-like转录本(Os.
3407.1.S1_a_at)以及 bHLH 转录本(Os.34549.1.S1_at)
是转录水平上调的最小倍数, 均上调 2倍。
进一步分析爱华 5 号表达发生变化的转录因子
转录本, 可知其隶属于 30 个转录因子家族, 爱华 5
号 PEG逆境抑制表达的转录因子有 25个家族, PEG
逆境诱导表达的转录因子有 20家族, PEG逆境抑制
和诱导的转录因子家族中 14个家族重叠, 它们在湘
丰早 119中和爱华 5号中表达都发生变化, 如WRKY、
MYB-related、NAC、MYB家族等。
2.2 不同品种水稻对 PEG 胁迫响应的品种特异
转录因子
在 PEG逆境中, 两品种的大部分 PEG胁迫响应
转录因子转录表达水平变化表现出品种特异性。湘
丰早 119 的 95 个 PEG 胁迫响应转录因子转录本中
有 72个表现出品种特异性, 占总数的 75.79%。其中
转录水平上调的转录本为 55个, 转录水平下调转录
本为 17个。上调的特异响应转录本平均变化倍数为
2.99 倍, 上调最大的转录因子是 RWP-RK(OsAffx.
21236.1.S1_at)(表 1), 变化了 27.86 倍。下调的特异
响应转录本平均下调 5.00 倍 , NAC 家族转录本
(OsAffx.3034.1.S1_at)为最大下调, 下调了 16 倍(表
1)。有 8 个转录因子家族的转录本存在既有转录水
平上调的转录因子又有转录水平下调的转录因子 ,
这些家族分别为 AP2-EREBP、bZIP、C3H、GRAS、
MYB、Orphans和 WRKY家族(表 1和表 2)。
爱华 5号在 PEG逆境下有 106个特异响应的转
录因子转录本, 代表了其全部响应转录本的 80.3%。
PEG逆境诱导的特异转录本有 44个, 干旱抑制的特
异转录本有 62个。诱导的特异转录本转录水平平均
上调 3.66倍, LIM家族转录本(OsAffx.12463.1.S1_at)
为干旱诱导反应最强烈的转录本 , 表达活性上调
21.11 倍(表 1)。PEG 逆境抑制的特异转录本转录水
平平均变化的倍数是−4.30倍, 其中编码 C2H2家族
转录因子转录本(Os.50970.1.S1_at)受到抑制的程度
最大, 活性下降 24.25倍(表 1)。13个转录因子家族
中的转录因子转录本在 PEG逆境下转录水平表达上
升和下降同时存在, 这些家族分别为 AP2-EREBP、
AUX/IAA、bHLH、bZIP、C2H2、C3H、HB、HMG、
HSF、MYB、MYB-related、NAC和 WRKY家族(表
1和表 2)。
2.3 PEG逆境下两品种重叠的转录因子
耐旱品种湘丰早 119 和敏感品种爱华 5 号在
PEG 逆境下响应的转录因子存在着一个交集即在 2
个品种中转录水平都表达, 且其上调或下调表达一
致。这样的转录因子转录本共有 23 个, 为湘丰早
119PEG 逆境响应转录本的 24.21%和爱华 5 号 PEG
逆境响应转录本的 17.83%。重叠的转录本有 16 个
转录水平上调表达, 7 个转录水平下调表达(表 2)。
转录水平上调表达的转录本分别属于 bHLH、C2C2-
CO-like、C3H、HB、HSF、MYB、NAC和 Orphans
家族(表 2), 其在湘丰早 119 中的平均变化 3.29 倍,
在爱华 5号中的平均变化 3.97倍。有 5个转录水平
上调的转录因子转录本在两品种中表达的倍数相差
较大, 涉及到 HB (OsAffx.29958.1.S1_at、Os.49245.1.
S1_at) 、 HSF(Os.51916.1.S1_at) 、 C2C2-CO-like
(Os.13999.1.S1_at)、Orphans (Os.8117.1.S1_ at)家族。
转录水平下调表达转录本包括 5个转录因子家族
1034 作 物 学 报 第 35卷

(WRKY、C2H2、NAC、ZIM、ABI3VP1 家族), 在
湘丰早 119 中平均下调 5.02 倍, 而在爱华 5 号中仅
下调 3.92倍。WRKY家族转录本(Os.48082.1.S1_at)
和 C2H2转录本(Os.55911.1.S1_ at、Os.51307.1.S1_at)
变化倍数相差较大 , 其中 WRKY 家族转录本
(Os.48082.1.S1_at) 2 个品种之间表达相差最悬殊 ,
相差了近 44 倍(湘丰早 119, 51.98 倍; 爱华 5 号, 8
倍)(表 2)。
2.4 两品种 PEG 逆境响应转录因子基因在染色
体上的分布
湘丰早 119的 PEG逆境响应转录因子基因主要
分布在第 1、第 2、第 4、第 6 和第 9 染色体, 其中
分布在第 2 染色体上的最多 , 分布的范围在
0.432~3.280 Mb 之间, 其次是第 1 染色体, 位于
0.600~37.389 Mb之间。PEG逆境诱导的转录因子基
因主要位于第 1、第 2和第 4染色体上, 其中第 1、
第 2 染色体上最多 (各 12 个 ), 分布范围分别在
0.600~37.389 Mb和 7.464~32.795 Mb之间, 其次是
第 4 染色体, 分布于 21.555~29.056 Mb 之间。第 3
和第 7染色体上没有 PEG逆境抑制的转录因子基因
存在, 有转录因子基因分布的其他染色体, 其上分
布的基因数目相差不大(图 1-A)。
爱华 5号在 PEG逆境下的响应转录因子基因主
要位于第 1染色体~第 6染色体及第 9染色体上, 以
第 1染色体 0.452~43.500 Mb之间分布最多, 其次是
第 9 染色体的 5.187~22.912 Mb 之间。PEG 逆境诱
导的基因主要分布在第 1、第 2 染色体及第 5 染色
体上, 其分布基因数目最多的染色体是第 5 染色体,
位于其 1.640 ~28.763 Mb之间。第 1和第 2染色体
上分布基因数目略小于第 5 染色体 , 分别分布在
8.331~41.044 Mb和 4.315~35.685 Mb之间。PEG逆
境抑制表达的转录因子基因主要分布在第 1 染色体
~4 染色体及第 9 染色体上 , 以第 9 染色体 5.187~
22.291 Mb 之间最多, 其次是第 1 染色体的 21.991~
43.400 Mb之间(图 1-B)。
湘丰早 119 与爱华 5 号的重叠转录因子基因分
布在第 2 和第 5 染色体上数目较多, 分布的范围分
别是 0.432~26.139 Mb和 0.076~20.597 Mb之间。其
中转录水平上调表达的基因在第 8、第 11、第 12染
色体上。转录水平下调表达的基因位于第 5、8、9、
11和 12染色体, 其中第 5、第 9染色体上各有 2个,
其他 3个染色体上各有 1个(表 2)。

图 1 干旱响应转录因子在染色体上的分布
Fig. 1 Distribution of the PEG osmotic stress regulating genes in rice chromosome
A: 湘丰早 119 PEG逆境响应基因; B: 爱华 5号 PEG逆境响应基因。
A: Xiangfengzao 119 drought-response genes; B: Aihua 5 drought-response genes.
第 6期 马廷臣等: 全基因组分析 PEG胁迫下水稻根系转录因子表达变化 1035


表 2 湘丰早 119 与爱华 5 号重叠转录因子基因在染色体上的分布
Table 2 Distribution of the PEG osmotic stress regulating genes overlapped between Xiangfengzao 119 and Aihua 5
探针 ID
Probe ID
转录因子家族
Transcription factors family
Gene ID 染色体位置
Distribution in rice chromosome
A-5-T1处理
A-5-T1 treatment
X-119-T1处理
X-119-T1 treatment
OsAffx.29062.1.S1_at ABI3VP1 9636.m00543 chr08|3371124–3371988 (+) −1.4 −1.3
OsAffx.28832.1.S1_at bHLH 9635.m03987 chr07|23955320–23956573 (–) 1.8 1.9
Os.13999.1.S1_at C2C2-CO-like AK109630.1 chr02|4315279–4316958 (+) 2.0 1.2
Os.17487.1.S1_at C2C2-CO-like CB670993 chr03|28636131–28638888 (+) 1.3 1.6
Os.55911.1.S1_at C2H2 AY305865.1 chr05|761237–762121 (–) −2.3 −1.2
Os.51307.1.S1_at C2H2 AY305866.1 chr11|28208090–28208933 (–) −2.0 −2.9
Os.11534.1.S1_at C3H AK063896.1 chr05|5825355–5826152 (–) 1.5 1.8
Os.31975.1.S1_x_at C3H AK106392.1 chr05|5825683-5827497 (–) 1.3 1.3
Os.49245.1.S1_at HB AK063685.1 chr02|26137449–26138780 (+) 2.4 3.4
OsAffx.29958.1.S1_at HB 9637.m01821 chr09|12779661–12782079 (–) 1.2 3.0
Os.17301.1.S1_at HB AK068029.1 chr10|20472064–20476769 (–) 1.0 1.1
Os.51916.1.S1_at HSF AK064271.1 chr01|22265711–22268644 (+) 1.1 2.1
Os.10570.1.S1_at HSF AU165045 chr06|20995272–20995546 (–) 1.5 1.8
Os.47854.1.S1_at MYB AK111720.1 chr02|28552394–28554151 (–) 1.4 1.5
Os.7051.1.S1_at MYB AK108709.1 chr02|30533909–30535244 (–) 4.2 4.6
OsAffx.14163.1.S1_at NAC 9632.m03435 chr04|21546242–21547257 (+) 2.2 2.1
Os.15708.1.S1_a_at NAC AB028181.1 chr04|22775497–22777537 (+) 1.2 1.7
Os.37548.1.S1_at NAC AK107746.1 chr05|20594823–20597005 (+) 1.2 1.7
OsAffx.31559.1.S1_at NAC 9640.m00213 chr12|1146147–1147454 (+) −1.9 −1.9
Os.8117.1.S1_at Orphans AK072736.1 chr04|21836450–21840299 (–) 2.2 1.0
Os.37565.2.S1_at WRKY AK066255.1 chr05|14913494–14915716 (+) −1.3 −1.8
Os.48082.1.S1_at WRKY AK067834.1 chr09|14991941–14993887 (–) −5.7 −3.0
Os.48064.1.S1_at ZIM AK108738.1 chr09|16272520–16274267 (–) −1.7 −1.7

2.5 使用实时 PCR验证基因芯片
为了验证芯片数据的准确性, 选取 9 个芯片结
果中的基因, 其中 4 个为本研究中表达变化的转录
因 子 基 因 [AK072736.1 (Orphans)、 AK066255.1
(WRKY) 、 AK067834.1 (WRKY) 和 AK108738.1
(ZIM)]。图 2表明 , 基因芯片中的数据结果与实时
PCR 结果都表现出表达的上调或下降且变化倍数基
本相同, 说明芯片结果和实时 PCR结果可靠。

图 2 实时 PCR 结果与芯片数据比较
Fig. 2 Comparison of gene chip data with Real time PCR result
A: 湘丰早 119; B: 爱华 5号。1~9 (GEN BANK ID)分别为 AB026998.1 (Acidic endochitinase precursor)、AJ490370.1 (SnoRNA Z274)、AJ532520.1
(SnoRNA Z134a)、AK060350.1 (Ribosomal protein)、AK060564.1 (Alcohol dehydrogenase)、AK072736.1 (Orphans)、AK066255.1 (WRKY)、
AK067834.1 (WRKY)和 AK108738.1 (ZIM)。变化倍数均取 2为底的对数。
A: Xiangfengzhao 119; B: Aihua 5. 1–9 (GEN BANK ID) indicate AB026998.1 (Acidic endochitinase precursor), AJ490370.1 (SnoRNA Z274),
AJ532520.1 (SnoRNA Z134a), AK060350.1 (Ribosomal protein), AK060564.1 (Alcohol dehydrogenase), AK072736.1 (Orphans), AK066255.1
(WRKY), AK067834.1 (WRKY), and AK108738.1 (ZIM), respectively. The changed fold was represented by a log2 of intensity ratio.

1036 作 物 学 报 第 35卷

3 讨论
转录因子在植物生长和发育期间起着重要的转
录水平调控作用, 指导 DNA和蛋白质相互作用, 从
而调控基因的表达。另外, 转录因子在植物耐逆境
中也发挥着重要的作用[13-23], 如 Yamaguchi 等[13]发
现 RD29A受到干旱、高盐、低温等逆境的诱导而表
达; HSF与高温诱导相关[13]; bZIP家族的 TGA/ORF
与非生物逆境密切相关[19-20]; WRKY 家族也对植物
抗逆性起着重要的作用[15]; MYB类转录因子在植物
抗病等方面相关[17]。本文的试验结果也表明, 干旱
逆境可以诱导或抑制转录因子表达, 如 2 个耐旱性
不同的品种中都有 MYB 类转录因子在转录水平表
达变化(表 2), MYB 类转录因子对植物抗胁迫起重
要的调控作用, 是对植物胁迫应答反应的转录因子
家族中转录因子数量最多, 功能最多样化的家族之
一。如水稻的 Osmyb4 基因的过量表达能显著提高
植物对干旱的耐受性[24]。再如 HSF为高温诱导相关
的转录因子[13], 在湘丰早 119 和爱华 5 号中也都发
现有 HSF 家族的转录因子转录水平上调表达, 这说
明 HSF家族的转录因子在干旱逆境中也有相关性。
NAC 家族也是一个重要的干旱逆境相应的转录因
子家族[23], 在本文中 2个品种的根系在干旱胁迫下
都有 NAC 家族的转录因子表达变化, 也证明 NAC
家族在干旱胁迫中的重要性。另外干旱逆境还可以
诱导和抑制很多转录因子的表达, 表明转录因子在
干旱胁迫环境下其调控方式的复杂性, 同时也说明
了干旱逆境的复杂性。
转录因子在其转录水平表达的品种特异性, 湘
丰早 119有 75.79%的转录因子是干旱特异响应转录
因子, 爱华 5 号中有 80.3%的干旱逆境响应转录因
子为特异响应因子。这 2 种耐旱性不同的品种转录
水平表达特异响应差异, 表明耐旱品种和敏感品种
在干旱逆境时转录水平调控方式存在差异, 其对干
旱逆境的忍受机理不相同, 这可能是他们耐旱性不
同的根本原因。
由于转录因子数目众多, 其调控方式表现丰富
的多样性 , 这也就不难理解为什么 2个品种在干旱
逆境下, 有的转录因子家族种存在既有转录水平上
调表达的, 也有转录水平下调表达的转录本, 这种
表达的差异可能是植物重新组织和调节生理生化活
动, 提高某些生命活动物质的数量, 抑制另一些物
质的表达, 来适应干旱逆境胁迫, 减少其所受到的
伤害。
敏感品种和耐旱品种在干旱逆境条件下所表达
的转录因子转录本有部分重叠, 表明不同耐旱性的
品种在干旱逆境时有某种相同的反应机制, 这种机
制应该与基础抗性有关。但这些重叠基因在 2 个品
种中的诱导和抑制程度不同, 涉及 HB、HSF、C2C2-
CO-like、Orphans、WRKY、C2H2 转录本, 这种表
达程度不同表明这些家族的转录因子在 2 品种中干
旱逆境时所起的调控作用不同, 存在品种差异。
4 结论
在 PEG胁迫下, 耐旱品种湘丰早 119和敏感品
种爱华 5号根系分别有 95个和 129个转录因子转录
本与对照处理比较在转录水平表达发生变化; 其表
达表现品种特异性; 2 个品种在 PEG 胁迫响应转录
因子转录水平表达存在重叠转录本, 数目为 23个; 2
个品种的 PEG逆境响应转录因子基因在染色体上的
分布存在差异, 重叠转录因子基因主要位于第 2 染
色体和第 5染色体。
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