一个水稻高温敏感叶色突变基因的功能分析
水稻(Oryza sativa L.)作为世界上最重要的粮食作物之一,其产量的95％来自叶片的光合作用。光合作用是绿色植物吸收太阳能还原CO2并释放O2的过程,植物通过这个过程将太阳能转变为化学能储藏在有机物中。叶绿素是植物叶绿体内参与光合作用的重要色素,它的功能是捕获光能并驱动电子转移到反应中心,故它对植物的生长及农作物的产量具有重要的作用。而水稻叶色突变是自然界比较常见的一种性状突变,由于植物中叶绿素生物合成基因突变会导致合成过程中不同酶活性的缺失或降低,叶绿素含量降低,叶绿体发育受到抑制,叶色出现各种不正常的突变性状。一个对高温敏感的水稻叶色突变体cde1(t)(chloropHyll deficient1,temporally)在23℃或者更低的温度条件下表型正常,在26℃或者更高的温度条件下,其表现为不正常的叶色突变表型。该突变体是由于编码谷氨酸tRNA合成酶的基因发生突变引起的,在突变体内第三条染色体上Os02g02860位置,编码谷氨酰tRNA合成酶(Glutamyl-tRNA synthetase)基因的第六个外显子发生了碱基C到A的替换,导致该谷氨酸tRNA合成酶中一个保守的脯氨酸转变为苏氨酸,影响了该酶活性,减少了叶绿素合成过程的第一步ALA的合成,导致了叶绿素合成失常,叶色在高温下呈现出不正常的黄绿色表型。对该基因进行了表达分析,研究结果如下: (1)该突变体来自日本晴,低温箱(22℃/2500LX光照12小时,18℃/黑暗12小时,80％湿度)培育的水稻植株转移到高温箱(34℃/2500LX光照12小时,30℃/黑暗12小时,80％湿度)后长出来的新叶为不正常的黄绿色,老叶不发生变化;高温箱中培育的水稻植株转移到低温箱(28℃/2500LX光照12小时,24℃/黑暗12小时,80％湿度)后长出来的新叶为正常的绿色,老叶颜色变化不明显。 (2)叶绿素含量:高温条件下色素含量突变体远远低于野生型水稻植株;中温条件下,突变体色素含量相对高温箱均升高,但叶绿素a、b均低于野生型含量,胡萝卜素含量和野生型没有显著差异;低温条件下,各项色素含量水平野生型和突变体没有显著差异。 (3)高温条件下,5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid,ALA)含量野生型是突变体的1.3倍左右;荧光吸光度中,中间产物 ProtoⅨ的吸光度野生型是突变体的2.5倍;Pchlide荧光性野生型是突变体的2.5倍;Chlide荧光性野生型是突变体的2.2倍。 (4)实时荧光定量PCR结果表明cde1(t)基因的突变引起了水稻植株细胞内编码叶绿体内蛋白基因的数量增加;而突变体内编码线粒体内蛋白的基因,在叶中数量增多,根中反而减少。 (5)cde1(t)基因在不同温度梯度下不同组织的相对表达突变体总是高于野生型,相对表达最高的是34℃-30℃突变体叶,叶鞘基部和根中的相对表达均非常低。 (6)花粉可育率统计突变体比同期野生型均偏低,高温条件下花粉可育率最低为56％,中温条件下野生型花粉可育率最高为87％。结实率与花粉可育率成正比,但高温条件下突变体的结实率仅为5％。
水稻作物;生理特性;突变基因;光合作用;功能分析
三峡大学
硕士
生物化学与分子生物学
何正权;刘文真
2012
中文
S511.01
51
2012-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）