OsPPR939参与水稻花粉发育和植株生长的机理研究
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，全球有一半以上的人口以水稻为主粮，因此，水稻在保障世界粮食安全中发挥着重要作用。水稻花粉育性在很大程度上对终产量的形成起决定性影响。目前，已有部分水稻花粉发育相关的基因被克隆并进行了功能分析，但还有很多这样的基因对花粉发育的调控作用仍不是十分清楚。因此，全面研究这些未知水稻花粉育性相关基因的功能，将有助于进一步解析其调控花粉发育的分子机制。 本研究利用反向遗传学方法和分子生物学手段，对水稻花粉育性相关基因OsPPR939进行功能研究，取得如下的主要结果和结论： (1)OsPPR939编码一个P亚家族Pentatricopeptiderepeat(PPR)蛋白，由939个氨基酸组成，该蛋白含有一个N端线粒体定位信号肽和22个P型PPR基序，C端无其他结构域。 (2)水稻原生体质瞬时表达和拟南芥稳定表达OsPPR939N1-280蛋白，发现其定位于线粒体。 (3)通过qRT-PCR实验发现OsPPR939在水稻中以组成型方式表达，且在种子愈伤中表达量最高，在发育至第6期的小花中次之。野生型花药RNA原位杂交结果显示OsPPR939在花药绒毡层和花粉母细胞中高量表达。 (4)通过CRISPR/Cas9创制突变体发现，OsPPR939基因不同位置突变使OsPPR939蛋白功能完全或部分丧失，从而导致osppr939突变体出现不同程度的生长滞缓和花粉败育。在靠近编码序列3’末端位置发生突变的osppr939-4和osppr939-5突变体中，线粒体基因nad5转录本丰度显著降低，进一步筛查水稻线粒体23个II型内含子的剪接情况发现，只有nad5转录本内含子1，2，3的剪接效率下降。 (5)通过分析线粒体电子传递链复合体I的组装和活性发现，osppr939-4突变体的复合体I含量减少，且其NADH脱氢酶活性严重降低。 (6)qRT-PCR和RT-PCR结果显示在osppr939突变体中替代呼吸途径所涉及基因的转录水平增加。 (7)转基因互补水稻osppr939-4和拟南芥tang2突变体可以使植株表型和nad5转录本丰度恢复到与野生型一致，证明osppr939-4突变表型确实由OsPPR939突变产生。 (8)酵母双杂和双分子荧光互补实验证明OsPPR939与真核翻译起始因子OseIF3h互作。 (9)在oseif3h突变体中OsPPR939的转录未受影响，但nad5转录本丰度的降低，暗示了OsPPR939基因的翻译很可能受OseIF3h蛋白的调控。 综上所述，本研究揭示了一个可能在翻译水平上受OseIF3h调控的OsPPR939的功能，该基因通过参与线粒体基因nad5内含子1，2，3的剪接，在维持线粒体功能，调控植株生长和花粉发育上发挥重要作用。
水稻;OsPPR939蛋白;线粒体;花粉发育
浙江大学
博士
作物学
凃巨民
2019
中文
S511
2020-07-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）