两个水稻早衰基因的图位克隆与功能分析

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luck_chiachang
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衰老是植物生长发育关键组成部分,是指植物特定细胞、组织及整个植株发生一系列程序性细胞死亡的过程。衰老是影响水稻产量稳定性的主要因素之一,延迟水稻的衰老可以提高其产量,叶片延迟衰老对植物生产有潜在的积极作用。但目前对水稻早衰的分子调节机制尚未完全研究清晰,因此研究水稻早衰对提高水稻产量具有重要意义。本研究针对两个早衰突变体进行了表型分析与精细定位。1.es4突变体在分蘖盛期出现黄叶早衰表型。es4突变体表现出MDA和H2O2含量显著增加,但叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、酶活性和光合速率显著降低,这表明es4表现出早衰表型。遗传分析表明,突变性状由单隐性核基因控制。通过图位克隆的方法将目标基因定位在4号染色体的长臂端,然后用1061个F2早衰突变体进行精细定位,将目的基因定位在33.5Kb之间,其中包含7个开放阅读框(ORFs)。通过测序分析发现编码一个钙依赖性蛋白激酶的OsCDPK12第一外显子存在8个碱基缺失,导致移码突变。功能互补和CRISPR/Cas9结果说明OsCDPK12的突变导致了es4的早衰表型。组成表达分析OsCDPK12在各种组织中转录,其中在叶中主要表达。ES4-GFP融合蛋白在整个细胞中都存在。参与衰老和光合作用的一些关键基因的表达量在es4突变体中显著变化。我们的研究结果表明OsCDPK12的突变导致了水稻的早衰,该基因在水稻中分布广泛,是水稻维持正常的光合能力所必须的。2.lmm326是粳稻中花11通过EMS辐射诱变,经多代自交和回交获得的一个早衰突变体。5叶期时,该突变体下部叶片表面开始出现失绿并伴有矮化和病斑表型。与野生型相比,突变体叶片光合色素含量、净光合速率、株高、结实率、单株有效分蘖数、千粒重等显著下降。组织化学分析表明,突变体早衰叶片中死亡细胞数量及H2O2的积累量明显多于野生型。稻瘟病鉴定显示,突变体对4个已鉴定的稻瘟病生理小种的抗性较野生型有明显提高。遗传分析表明该性状由一对单隐性核基因控制。利用lmm326和Dular杂交得到的F2定位群体,采用图位克隆方法将该基因定位在1号染色体长臂端38Kb的区间内,其中包含6个开放阅读框。测序发现基因Os01g0919900第二外显子上对应CDS的第433位碱基由C突变成T,最终导致其编码蛋白的第145个氨基酸由苯丙氨酸(F)变为亮氨酸(L),该基因与OsSSI2互为等位基因。qRT-PCR分析结果显示:相较于野生型中花11,突变体lmm326防卫基因显著上调表达,表明lmm326的突变激活了水稻体内的防卫反应。
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