水稻乙二醛酶及木葡聚糖内糖基转移酶基因的生物学功能研究

发布时间：2018-03-29 16:48

本文选题：水稻　切入点：乙二醛酶　出处：《重庆大学》2016年博士论文

【摘要】：乙二醛酶I(glyoxalase I,GLYI)是乙二醛代谢途径的重要组成部分。在各种生物体中,约有61个GLY I序列被鉴定和报道。在植物中,GLY I被证实与非生物胁迫有关。在水稻中约有11个GLY I基因家族成员,但关于水稻GLY I的功能研究尚未见报道。本研究应用反向遗传学的手段,从水稻中克隆得到OsGLYI10基因。生物信息学分析表明,该基因编码了209个氨基酸,第49-171位氨基酸为乙二醛酶Ⅰ(GlyoxalaseⅠ)保守结构域。同源性比对显示,OsGLYI10基因在多种物种中(包括单子叶植物、双子叶植物)均有高同源基因。对OsGLYI10基因的组织(器官)特异性及胁迫诱导表达结果显示,OsGLYI10基因在粳稻品种日本晴成年植株各主要组织(器官)具有组成性表达,但在不同组织中差别明显,叶片中表达量最高,其次为颖花。500 m M甘露醇、250m M氯化钠、25m M氯化锌处理均可诱导OsGLYI10表达水平升高,其中在25m M氯化锌胁迫后最为明显,其次为250m M氯化钠、25m M氯化锌,其基因表达水平分别为未诱导处理的3.6、2.6、2.2倍。以日本晴幼苗cDNA为模板,通过巢式PCR扩增,获得了OsGLYI10目的片段,构建了过量表达载体PHB-OsGLYI10,通过农杆菌介导法,获得了OsGLYI10过量表达的转基因株系。选取了其中的3个株系进行表型分析,其基因表达水平及酶活性水平分别为野生型的1.8、3.5、8.3及1.1、1.3、1.4倍。田间农艺性状测量结果显示,过量表达株系结实率及单株产量显著高于野生型日本晴,而其它农艺性状无显著差异,表明过量表达水稻OsGLYI10基因可以通过提高水稻结实率进而提高水稻产量。幼苗耐逆性分析表明,水稻OsGLYI10基因具有增强水稻耐逆性的功能。过量表达株系幼苗对氯化钠、氯化锌和甘露醇的耐逆性增强;在不同浓度的胁迫处理中,过量表达株系幼苗的生长状况均好于野生型;在20m M Na Cl的土壤中生长50天的,野生型完全枯死,过表达株系生长情况明显优于野生型;将各株系叶盘浸泡在高浓度Na Cl溶液中,过表达株系的叶绿素含量也极显著地高于野生型。在逆境胁迫下,OsGLYI10过量表达的转基因株系体内甲基乙二醛(methylglyoxal、MG)、丙二醛(MDA)含量明显低于野生型日本晴,并且随着基因表达量的增高而降低。表明OsGLY I10赋予了水稻催化甲基乙二醛与谷胱甘肽缩合反应的能力,从而降低了逆境胁迫对水稻植株构成的伤害。木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶(xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase,XTH)在双子叶植物细胞细胞壁(类型Ⅰ细胞壁)形成中具有重要作用。原来通常认为,在水稻等单子叶植物(类型Ⅱ细胞壁)中,XTHs的含量不会很丰富,但随着水稻全基因组测序得以完成,发现水稻中共有29个基因编码水稻XTH(OsXTH),接近于拟南芥中的At XTH基因数量(33个),并发现大多数的OsXTH的基因实际上都被转录。但其具体功能尚不清楚。本文选择水稻OsXTH19进行了研究。通过分析OsXTH19基因的组织(器官)特异性及胁迫诱导表达。结果显示,OsXTH19基因在粳稻品种日本晴成年植株各主要组织(器官)具有组成性表达,但在不同组织中均有不同程度的表达。IAA、GA3等激素诱导使OsXTH19基因的表达量增加,其中IAA诱导表达最为明显。应用农杆菌介导法,获得了OsXTH19过量表达的转基因株系,并与野生型日本晴比较,进行表型分析。结果显示,OsXTH19过表达株系在正常生长情况下,生长速度快于野生型,对GA3、IAA的响应强度强于野生型,表明这个基因与植物生长有关。在盐胁迫下,OsXTH19过表达株系的生长情况明显好于野生型,其丙二醛(MDA)含量低于野生型,表明OsXTH19基因的过量表达可以提高水稻的耐盐性。OsXTH19过表达株系茎杆的纤维素、半纤维素、硅含量、茎杆拉断力显著(或极显著)地低于野生型(WT),并与OsXTH19基因表达水平呈负相关。表明OsXTH19基因的过量表达,降低了细胞壁主要成分并使细胞壁松弛,从而导致茎杆拉断力降低。石蜡切片结果显示,其内部形态结构没有明显改变。这些结果提示,OsXTH19可能在水稻细胞壁构建或重塑过程中可能发挥细胞壁水解酶的作用。
[Abstract]:The gene expression level of OsGLYI10 gene was higher than that of wild type Japan . The results showed that OsGLYI10 gene encodes 209 amino acids . The results showed that OsGLYI10 gene encodes 209 amino acids . The results showed that OsXTH19 overexpression could increase the expression of OsXTH19 gene . The results showed that OsXTH19 gene was significantly better than wild type .

【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q943.2

【参考文献】