水稻粒型相关基因RGG2和OsPP2C09的功能分析

发布时间：2020-05-30 05:53

【摘要】：水稻(Oryza sativa)是重要的粮食作物之一,为世界一半以上的人口提供食物来源。水稻产量是由粒重,穗数和穗粒数三个组成部分决定,而粒重是由粒型和籽粒充实度决定。尽管已经有许多水稻粒型的基因被克隆,但分子机制仍不清楚。因此,需要进一步鉴定更多的粒型调控基因。在本研究中,我们发现两个基因RGG2和OsPP2C09在调控水稻粒型方面发挥着重要的作用。主要结果如下:一、编码水稻异源三聚体G蛋白B型γ亚基编码基因及GG2突变导致水稻粒型变大、产量提高异源三聚体G蛋白是由Gα,Gβ和Gγ三个亚基组成,在一系列植物生长发育过程中发挥分子开关的作用。水稻B型Gγ亚基编码基因RGG2的生物学功能并未得到研究。在本研究中,我们解析了RGG2在粒型和产量调控中的功能。主要结果如下:1、利用酵母双杂交和免疫共沉淀分析,我们进一步明确了 RGG2与RGB1的相互作用。2、qPCR和GUS染色分析表明,RGG2为组成型表达,在叶,鞘,茎,穗,节和根所有组织中均有表达,并且随着穗发育进程,RGG2的表达量逐步下降。3、亚细胞定位分析表明,水稻RGG2蛋白定位于细胞核,细胞质和质膜上。4、在日本晴(NIP)背景下,过量表达RGG2会导致株高下降和籽粒变小。相比之下,在珍汕97(ZS97)背景下,通过CRISPR(规律成簇间隔短回文重复)/Cas9(CRISPR相关的蛋白)系统获得的两个突变体zrgg2-1和zrgg2-2表现为节间伸长,千粒重和生物产量增加,并且单株产量分别提高了 11.8%和16.0%。这些结果表明,RGG2负调控水稻植株生长和籽粒大小。5、过表达转基因系的第二叶叶鞘与日本晴相比对GA3的敏感性降低,而zrgg2-1和zrgg2-2两个突变体的第二叶叶鞘对GA3的敏感性高于ZS97。通过GA诱导种子的α-淀粉酶活性也证明了上述结果。因此,RGG2参与了水稻GA响应。6、基于132个水稻种质资源的基因组单倍型(Hap)分析发现,RGG2共含有6个单核酸变异和一个插入缺失变异,并产生了 6种单倍型。其中,Hap1和Hap2主要分别在粳稻和籼稻中分布。日本晴和珍汕97中分别携带Hap1和Hap2,但它们的RGG2蛋白序列相同。含有Indell的稀有单倍型Hap6仅在大粒型品种苏御糯和大粒粳中出现,说明Hap6可能有利于粒型和粒重的增加。然而,该变异位点的遗传效应和育种价值需要进一步研究。二、OsPP2C09负调控ABA信号传导和抗旱性,但促进水稻的植株生长和产量A亚族2C类蛋白磷酸酶(PP2Cs)已经得到广泛的研究,在拟南芥中负调控ABA信号传导。然而,在水稻中仅有少部分A亚族PP2Cs的功能被鉴定。本研究中,我们以CRISPR/Cas9敲除突变体(ospp2c09)和日本晴背景中的两个OsPP2C09过量表达株系为研究材料,解析了水稻A亚族PP2C成员OsPP2C09的功能。主要结果如下:1、系统进化树分析表明,OsPP2C09属于水稻中PP2C A亚族,与拟南芥中的HAI2(AT1G07430)同源性最高。2、OsPP2C09在各个组织中均有表达,并且在叶和鞘中表达较高。随着幼穗的伸长,OsPP2C09表达下降,表明OsPP2C09可能影响幼穗的发育。3、为了确定OsPP2C09蛋白的亚细胞定位,在本氏烟草叶表皮细胞中分别瞬时表达由CaMV 35S启动的GFP和OsPP2C09-GFP融合蛋白,发现OsPP2C09-GFP融合蛋白的荧光主要定位于细胞核中。4、ABA存在的条件下,OsPP2C09能与大多数的OsPYLs和OsSAPKs产生相互作用,表明OsPP2C09参与水稻中的ABA信号传导。ABA响应和干旱胁迫响应结果表明,OsPP2C09负调控ABA信号传导、气孔关闭和耐旱性。5、OsPP2C09不仅参与水稻的ABA信号传导,还影响植株生长。ospp2c09突变体与正常相比产生更短和更小的籽粒。相反,OsPP2C09的过量表达会显著增加株高,籽粒大小和单株产量。在高产品种苏垦118中过量表达OsPP2C09也观察到水稻产量的显著增加。上述结果表明OsPP2C09不仅是ABA信号通路的组成部分,并负调控ABA介导的干旱胁迫响应,但正调控水稻植株生长和产量。因此,OsPP2C09作为一种新的目标靶点,可用于水资源丰富的地区的高产水稻品种培育。
【图文】：

域的转基因表型，发现ＧＳ３蛋白的４个功能结构域具有不同的调控水稻籽粒大小的功能。逡逑完整的ＧＳ３结构域的粒长表现为中间型，缺失ＯＳＲ的转基因植株的粒长都能显著变长，，逡逑而缺失完整的Ｃ末端ＴＮＦＲ和ＶＷＦＣ结构域的转基因系粒长最短（图１．２）。根据不同结逡逑构域的转基因结果可以看出ＯＳＲ结构域负调控水稻籽粒大小，而Ｃ末端的ＴＮＦＲ和ＶＷＦＣ逡逑结构域正调控水稻粒型（ＶＷＦＣ结构域影响籽粒大小的效应远远氋于ＴＮＦＲ结构域），并逡逑且能够抑制ＯＳＲ的功能［｜２１］。逡逑（ａ）逦ＯＳＲ逦Ｍ邋Ｔ逦Ｖ邋（ｂ）邋ＭＨ６３逦Ｗ逦■逡逑ｆｌ逦ｆｌ逡逑ＭＴＶ逦Ｉ逦Ｈ逦ＩＨＩ＾Ｈ逦ＭＴＶ逡逑ＯＭＶ逦■■■逦■逦ＯＭＶ逡逑ｏｍｔ邋ＩＨＨＩＨ逦ＨＩ逦Ｉ逡逑＇ｉｚｚｍ＂逦ｍｖ逡逑■■■逦１１！＾＾逦Ｃ７逡逑0Ｍ逦灄逦0ｍ逡逑图１．２邋ＧＳ３不同结构域对粒型的影响。（ａ）缺失一个或多个结构域的示意图；（ｂ）邋Ｔ１代转基因植株的逡逑籽粒与明恢６３的比较［１２１］。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｅｆｆｅｃｔｓ邋ｏｎ邋ｇｒａｉｎ邋ｓｉｚｅ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｏｍａｉｎｓ邋ｏｆ邋ＧＳ３．邋（ａ）邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｏｎｅ邋ｏｒ邋ｍｏｒｅ逡逑ｄｏｍａｉｎｓ邋ｄｅｌｅｔｅｄ；邋（ｂ）邋Ｇｒａｉｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｔ１邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ邋ｐｌａｎｔｓ邋ｃｏｍｐａｒｅｄ邋ｗｉｔｈ邋Ｍｉｎｇｈｕｉ邋６３．逡逑ＧＳ３蛋白结构域的不同功能同样也能解释（７幻负调控水稻籽粒大小

缪军水稻粒型相关基因尺ＧＧ２和６＞＃Ｐ２ＣＴ９的功能分析Ｓｈｅｅｎ发现拟南芥的ＰＰ２ＣＡ基因Ｊ／／ＧＪ／ＡＰＰ２Ｃ儿在原生质体Ａ的信号转导［Ｉ４Ｇ１。ａ／／＃突变体在种子萌发和幼苗生长阶段对ＡｇＪ可以负调控ＡＢＡ的信号转导［１６｜１。综上所述，ＰＰ２ＣＡ基因成部分，并且负调控ＡＢＡ响应。逡逑
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S511

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 ;The OsSPL16—GW7 regulatory module determines grain shape and simultaneously improves rice yield and grain quality[J];Science Foundation in China;2015年03期

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1 徐梦彬;水稻G蛋白γ亚基基因RGG2调控株型和抗旱性的研究[D];扬州大学;2016年

本文编号：2687673