COMPASS-like复合物在水稻开花调控中的功能研究

发布时间：2020-07-04 14:10

【摘要】：水稻目前是我国第一大粮食作物、世界三大粮食作物之一,稳定和提高水稻产量具有至关重要的意义。开花时间是决定水稻产量的重要农艺性状之一,能否在恰当的时间开花直接决定着水稻的最终产量。今年来的研究表明,组蛋白甲基化修饰在开花调控中发挥着重要的调控功能。拟南芥COMPASS-like复合物负责催化组蛋白H3第四位赖氨酸的三甲基化(H3K4me3),调控着靶标基因的转录、开花时间和对环境胁迫的应答等。但在水稻中,COMPASS-like复合物的存在与否及其功能机制还知之甚少。同时,在真核生物中,COMPASS及COMPASS-like复合物通过何种机制识别特异靶标基因还不清楚。因此对水稻中的COMPASS-like复合物进行发掘和功能研究具有重要的理论和现实意义。本研究通过分子、生化、遗传和生理等方法对水稻COMPASS-like复合物进行了鉴定和详细的功能研究,获得的主要结果如下:1.通过将水稻OsTrx1/SDG723互补至拟南芥atx1-1突变体,证明水稻OsTrx1和拟南芥COMPASS-like复合物核心因子ATX1具备相保守的生物学功能。2.通过CRISPR/Cas9和RNAi的方法得到了水稻OsTrx1的敲除和敲低突变体,表型分析和统计表明OsTrx1的功能缺陷导致水稻在长日照和短日照条件下开花时间的延迟。3.通过酵母双杂交、Co-IP、pull-down、BIFC等试验,证明OsWDR5a可以通过OsTrx1的Win motif区域与其互作。OsWDR5a能够特异的与组蛋白H3互作并在体外促进OsTrx1对组蛋白H3的甲基化酶活。4.通过OsWDR5a T-DNA和RNAi突变体的遗传、生理上的分析,表明OsWDR5a参与种子胚发育的调控且缺失致死,敲低OsWDR5a后导致水稻在长日照和短日照条件下开花时间的延迟。5.通过分子、遗传等手段,发现并证明水稻开花调控通路的关键基因Ehd1是OsTrx1与OsWDR5a的直接靶标基因。6.通过酵母双杂交的筛选,发现一个锌指蛋白转录因子SIP1(SDG723interaction protein 1)可以与OsTrx1相互作用,并通过Co-IP、pull-down、BIFC验证了这一结果。7.通过遗传和分子等手段,发现SIP1的功能缺失导致水稻在长日照和短日照条件下开花时间的延迟,且SIP1功能缺失突变体中开花通路关键基因的表达模式与OsTrx1和OsWDR5a突变体中的一致。8.通过GUS活性分析、酵母单杂交分段筛选、EMSA和CHIP实验,表明SIP1可以特异识别并结合Ehd1启动子区的15bp靶标序列,并招募OsTrx1至Ehd1区对其进行H3K4三-甲基化。以上的研究结果表明,水稻中存在以OsTrx1为核心OsWDR5a为辅因子的COMPASS-like核心复合物,并通过与转录因子SIP1互作特异识别调控靶标基因Ehd1,进而完成Ehd1的H3K4me3,从而促进水稻的开花。
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511
【图文】：

果与分析 能够恢复 atx1-1 突变体表型 COMPASS-like 复合物核心因子为具有甲基转移酶活-1 呈现出早花、弱小等表型[77,79,80]。ATX1（ARABIDOPAX 1）编码一个 TRITHORAX-like 蛋白，拟南芥中编外，还有 ATX2、ATX3、ATX4、ATX5 以及 ATXR3（X-RELATED PROTEIN 3）、ATXR7，但仅 ATX1 可形成责特异靶标基因 H3K4 3-甲基化的催化。经比对，AT的同源蛋白为 OsTrx1，进化关系如图 2-1 所示。

子驱动的载体中。将重组载体转入 atx1-1 突变体后，T1 代筛选得到 50 个阳性株系，其中有 8 个株系 atx1-1 的表型得到很好的恢复，在如图所示的三个恢复株系中，叶型、果荚大小和开花时叶片数均与野生型Ler无明显区别（图2-2 A-C）。这表明水稻 OsTrx1 与拟南芥 ATX1 在功能上是比较保守的，在水稻中也很有可能以 OsTrx1 为核心的 COMPASS-like 复合物。2.2..2 OsTrx1 的功能缺陷突变体在长日照和短日照下均呈现晚花表型为了探究 OsTrx1 在水稻中的具体功能，我们通过 CRISPR/cas9 和 RNA 干扰（RNAi）的方法拿到了 OsTrx1 的敲除和敲低突变体。CRISPR/cas9 突变体ostrx1-2、ostrx1-3 分别在第一外显子中突变插入一个腺嘌呤、第三个外显子中突变插入一个胸腺嘧啶，这两个突变体的突变形式都导致了 OsTrx1 开放阅读框23

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本文编号：2741206