光敏色素相互作用因子OsPIL14在水稻生长发育中的作用初探

发布时间：2020-05-19 16:09

【摘要】：PIF转录因子(phytochrome-interacting factors)是光敏色素介导的光信号传导途径的关键组分。专家从水稻基因组中预测到水稻PIFs基因家族包括6个成员,命名为Os PIL11-Os PIL16。但目前,对于水稻PIF因子在光信号传导中的相关功能以及如何调控水稻生长发育过程的研究鲜有报道,这极大地限制了对单子叶植物光信号途径的理解和应用。本文,我们对Os PIL14蛋白质的结构特征、亚细胞定位情况及表达模式进行分析,培育并鉴定Os PIL14过量表达、功能缺失突变体转基因株系,揭示Os PIL14在水稻生长和发育过程中的作用。主要结果如下:(1)利用生物信息学等方法预测到Os PIL14是一类b HLH(basic helix-loop-helix)型转录因子,含有b HLH结构域和一个APB结构域(active phytochrome B-binding)以及一个核定位序列(NLS)。亚细胞定位结果显示,Os PIL14蛋白定位于细胞核中。利用酵母双杂实验并没有验证到Os PIL14与水稻光敏色素之间的互作。(2)红光和远红光均诱导Os PIL14基因的表达。分析黑暗和持续红光条件下生长的野生型水稻、phy B和phy Aphy B双突变体中Os PIL14的转录水平,显示光敏色素phy B和phy A均能够感受红光诱导Os PIL14表达。而比较黑暗和持续远红光条件下生长的野生型水稻、phy A和phy Aphy C双突变体中Os PIL14的转录水平,也同样发现phy A和phy C等其他成员均能够感受远红光介导Os PIL14表达,phy C起主要作用。据此推测,Os PIL14可能参与光敏色素介导的光信号传导途径。(3)荧光定量PCR技术分析了野生型水稻各组织器官中Os PIL14基因的表达水平,显示该基因主要在叶片尤其是旗叶中表达。(4)比较野生型、Os PIL14转基因水稻株系在黑暗条件下植物生长表型可以发现,过量表达该基因能够促进水稻幼苗中胚轴的生长,抑制胚芽鞘伸长。(5)比较野生型、Os PIL14转基因水稻株系在红光、远红光下植物光形态建成特征,结果表明,Os PIL14基因过量表达可导致胚芽鞘和第一不完全叶伸长,与植物暗形态建成特征一致,对R和FR具有不敏感性,R和FR调控的光形态建成反应。(6)在水稻中过量表达Os PIL14基因可以导致株高显著增高、叶片细长、叶夹角变大、节间裸露等变化。同时该基因还参与调控水稻穗形态建成、影响种子粒长、粒宽、千粒重等籽粒性状。(7)耐盐性研究结果显示,采用200m M Na Cl溶液处理三叶期的水稻幼苗7d后,Os PIL14功能缺失突变体植株耐盐性显著下降,表明该基因也参与到水稻耐盐胁迫相关途径,但具体分子机制有待后续进一步研究。综上所述,水稻光敏色素相互作用因子Os PIL14,作为一类b HLH型转录因子,参与水稻PHY介导的光信号传导途径从而影响植物光形态建成,对水稻生长发育具有非常重要的作用,本文不仅为水稻及其他单子叶植物光信号传导途径相关研究打开突破口,而且也为改良水稻相关农艺性状提供了理论依据。
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本文编号：2671145