水稻苗期白叶基因OsBT1-3的图位克隆与功能研究

发布时间：2018-02-09 21:25

本文关键词： OsBT1-3基因图位克隆水稻腺苷酸转运叶绿体膜蛋白　出处：《武汉大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：核苷酸是植物生长、发育和代谢过程中重要的细胞组分。DNA和RNA的合成过程中需要核苷酸,在蛋白、糖类和脂类合成的过程中也需要核苷酸参与,核苷酸可以作为辅酶因子行使功能,也可以作为细胞的信号因子。在植物体内核苷酸不会大量的在细胞间运输,腺嘌呤核苷酸的重新合成只在质体中进行,每个细胞必须合成自身所需的核苷酸。质体中新合成的腺嘌呤核苷酸运出到细胞质中,用于细胞质和其他细胞器的代谢活动。行使这类运输功能蛋白被称为质体腺苷酸转运蛋白(pANTs)。在拟南芥等双子叶植物中,质体腺苷酸转运蛋白已经被鉴定出来。但是单子叶植物中的质体腺苷酸转运蛋白还未被报道过。本研究从籼稻杂交育种后代中分离出一个自然突变产生的苗期白叶突变体sla(seedling leaf albino),该突变体的第一片叶和第二片叶为白化叶,第三片叶及其之后的叶片均为正常绿叶。叶片各类色素含量检测结果表明,突变体sla的第一片叶和第二片叶中Chl a、Chl b、类胡萝卜素和总叶绿素含量明显低于对应的互补株系及93-11的叶片中色素的含量,第三片叶中的这些色素含量与互补株系及93-11无显著差异,以上结果表明该突变表型与叶片色素含量下降有关。通过透射电子显微镜观察叶片叶肉细胞中叶绿体的形态和发育状态,与互补株系和93-11对应叶片比较,突变体sla第一片叶和第二片叶的叶肉细胞内几乎没有叶绿体,仅在少数叶肉细胞中有少数未发育的前质体,表明该突变体前质体分化受到严重阻碍。遗传分析表明突变体sla苗期白叶性状由1对隐性核基因控制,运用突变体sla与粳稻品种RPY粳杂交F2代作为定位群体,将该突变基因初步定位于水稻6号染色体上,位于SSR分子标记RM6298和RM7424之间,在此区段内利用新开发的SSR标记(P1、P2、P3、P4、P5)进行精细定位,最终将该突变基因定位在SSR标记P1和P5之间的80kb的区域内。该区域有13个开放阅读框(ORF),分别测序后发现,第五个开放阅读框OsBT1-3(Os06g02700)有4个碱基的缺失,这导致该阅读框的移码并发生提前终止,其他的12个开放阅读框测序结果均与正常序列一致。对OsBT1-3进行蛋白序列分析发现,它是一个线粒体转运家族蛋白(MCF)。OsBT1-3蛋白的亚细胞定位结果显示该蛋白位于叶绿体中,利用该蛋白的特异性抗体进行Western Blot检测进一步确认OsBT1-3蛋白定位于叶绿体的被膜上。利用大肠杆菌细胞原核表达重组OsBT1-3蛋白,并通过同位素示踪法研究其生化功能,证明OsBT1-3蛋白是一个质体腺苷酸单向转运蛋白。对该基因的时空表达模式进行检测,结果表明,OsBT1-3在第一片叶和第二片叶发育阶段高表达,成熟阶段和随后的叶片中低表达,这与突变体sla的表型是相契合的。综合以上结果,我们认为OsBT1-3是一个负责将质体内新合成的腺嘌呤核苷酸运出到细胞质中的转运蛋白。与此同时,我们对OsBT1-3的同源基因OsBT1-2的表达模式进行了分析,结果表明OsBT1-2在水稻的叶鞘和第二片叶之后的叶片中高表达,在前两片叶及根中的表达量较低。亚细胞定位的结果也显示OsBT1-2和OsBT1-3一样定位在叶绿体中。这说明OsBT1-2从三叶期互补了 OsBT1-3的功能,因此,水稻的腺嘌啉核苷酸转运是由OsBT1-2和OsBT1-3协同完成的,这与拟南芥等双子叶植物由单一腺嘌啉核苷酸转运蛋白完成该生理功能的模式是不同的。
[Abstract]:In the process of synthesis of DNA and RNA , it is necessary for the nucleotide to be involved in the synthesis of DNA and RNA . In the process of synthesis of protein , carbohydrate and lipid , there is no significant difference between the contents of Chl a , Chl b , carotenoid and total chlorophyll in leaf of leaf of indica rice . The results showed that OsBT1 - 2 was responsible for the expression of OsBT1 - 2 and OsBT1 - 3 in the chloroplast .

【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S511

【参考文献】