水稻淡绿叶基因PGL12的克隆与功能分析
发布时间：2020-11-21 01:54
通过内共生进化而来的叶绿体,是植物光合作用的场所,为植物的生长发育提供能量,虽然在空间上,叶绿体有独立于细胞核的遗传系统,但是该系统的运转是受细胞核控制的。PPR蛋白由核基因编码,通过参与细胞器RNA代谢来调控细胞器基因的表达。在水稻基因组中,预测有491个基因编码PPR蛋白。然而,绝大多数基因的功能仍然未知。在我们的研究中,通过对EMS诱变突变体库的遗传筛选,鉴定到了一个中花11(ZH11)背景的淡绿叶突变体pgl12,该突变体苗期叶片叶色表现为黄绿色,随着植株的生长,逐渐变成淡绿色,通过农艺性状调查和遗传分析,运用图位克隆的方法,克隆了导致突变体变异性状的基因PGL12,并解析了其可能的分子生物学功能,主要研究结果如下:1.与ZH11相比,pgl12的叶绿素含量显著降低,尤其是苗期的叶绿素含量;叶片叶肉细胞的叶绿体数量少,类囊体虽可见,但是排列不规则,层状不清晰。温度处理实验表明,pgl12是一个温度敏感型突变体,在35℃时,叶片黄化,而在20℃低温下,则表现出白化,几乎检测不到叶绿素含量;叶绿体发育异常,只有少数几个受到破坏的含不规则排列空腔的叶绿体。这些结果表明,PGL12蛋白对叶绿体的发育是必须的。2.pgl12光合速率显著低于ZH11,分蘖数、株高、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、每穗粒数等也均显著低于ZH11,这表明PGL12的突变导致产量显著降低。3.正反交遗传分析表明pgl12的淡绿叶表型是受单个隐性细胞核基因控制的。以NJ06为父本,与pgl12配组获得的F_2作为定位群体,将PGL12定位于水稻12号染色体上新开发的分子标记YS22和YS24之间约100kb的物理距离范围内,该区间内有14个预测的开放阅读框(ORFs)。通过测序比对发现,pgl12的第8个ORF,即LOC_Os12g10184基因上的第1681位的C→T碱基,导致编码谷氨酰胺的密码子变为终止密码子。转基因互补实验表明LOC_Os12g10184确实为PGL12,其突变导致pgl12呈现出突变表型。4.PGL12编码一个由17个PPR基序组成的PLS类PPR蛋白,在水稻的所有组织中均有表达,其中,叶片中表达量最高,且老叶比新叶表达量高。亚细胞定位表明,PGL12蛋白是一个定位在叶绿体中的PPR蛋白,而与叶绿体遗传系统相关基因的表达分析发现,pgl12中NEP依赖的基因显著上调,而除了16S rRNA基因外,其他绝大多数检测的与翻译装置相关的基因表达量也都上调。这些结果表明PGL12蛋白是一个新的PPR蛋白,其突变影响叶绿体发育相关基因的表达。5.RNA凝胶印迹实验显示在pgl12中,有大量未加工的16S rRNA前体积累,这表明PGL12蛋白对于16S rRNA的加工是必须的。6.通过RT-PCR,对叶绿体中23个编辑位点的RNA编辑分析和18个内含子的剪接分析发现,pgl12的RNA编辑与ZH11类似,并未受影响,但是ndhA基因的剪接效率显著降低,这表明PGL12蛋白参与调控叶绿体基因ndhA转录本内含子的剪接。7.PGL12蛋白与在水稻中已报道的影响ndhA剪接效率的OsPPR4、WSL4和WSP1三个蛋白的酵母双杂交实验发现,PGL12只与WSP1蛋白在酵母中存在互作,这表明ndhA的剪接或许是受复合体介导的。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S511
【部分图文】：
的物种或组织器官间，发育过程又有差异。在不同的物种间，如绿体的分化发育是从前质体开始直接发育成成熟的叶绿体，或经后再发育形成成熟的叶绿体，是一个短时间的过程（Pogson a而在单子叶植物的叶绿体分化发育过程中并没有白色体的形成（，但叶绿体发育的不同阶段在整个生命过程中都能观察到（K在不同组织器官间的发育过程也存在差异，如拟南芥子叶和真叶南芥 var 和 im 突变体的真叶黄化而子叶为绿色（Liu et al 2010）的真叶为正常绿色而子叶呈现黄化或白化（Shimada et al 2007,。正是基于对许多不同叶色突变体的研究，才使得对叶绿体的发物学上的变化过程有了更深的认识，主要包括细胞核基因的转录录、蛋白的输入和加工、色素的合成、叶绿体对细胞核的逆向信分裂等六个方面（Pogson and Albrecht 2011），如图 1.1。
有研究者运用生物信息学方法对拟南芥中可能定位于蛋白进行全基因组扫描时，发现了一类很大的基因家族，该家族排列的、简并的由 35 个氨基酸组成的重复基序。该特征与已报道然而，用该特征序列扫描全基因组所获得的基因与用TPR基序扫没有重叠，表明其与TPR基序存在显著的差异，为了与TPR基序PR基序，相应的蛋白则称为PPR蛋白（Small and Peeters 2000）。有真核生物中，原核生物中几乎不存在，并且在动物中较少，植中又在苔藓等低等植物中较少，而在陆地植物中显著增多（Lurinnd Small 2014）。如图（1.2）所示果蝇和人类中分别只有 2 个和 植物小立碗藓中大约有 105 个，水稻和拟南芥中扩大到均含有 45卷柏中则显著扩大到 1000 多个（Lurin et al 2004, O'Toole Linneweber and Small 2008, Cheng et al 2016, Ito et al 2018）。
据所组成的基序的不同，将PPR蛋白分成P类和PLS类：P类蛋白是指只含有由 35 个氨基酸组成的P基序的蛋白，而PLS类蛋白则是指含有P、L和S类基序的蛋白。对于PLS类蛋白来说，其C末端常包含三种特殊的结构域：E、E+和DYW（图 1.5），因此，根据其所含结构域的不同，PLS类蛋白又进一步分为 4 个亚类，分别为C末端不包含任何特殊结构域的PLS亚类、含有E结构域的E亚类、含E+结构域的E+亚类以及含DYW结构域的DYW亚类（图 1.6）（Lurin et al 2004）。近来，随着越来越多的植物基因组的公布，PPR蛋白的分类也有了新的进展，通过分析 41 个不同的陆地植物基因组的PPR蛋白基序，运用结构建模的方法重新定义了 10 个PPR基序的变异子：P、P1、P2、L1、L2、S1、S2、SS、E1 和E2（图 1.7），同时PPR蛋白的分类也作了修正，根据所组成的PPR基序的不同重新细分为，P类：PPR蛋白包含P亚类和P+亚类，PLS类：PPR蛋白包含PLS亚类、E1 亚类、E2 亚类、E+亚类、DYW亚类以及含SS基序的两个不同分布形式的亚类（图 1.8）（Cheng et al 2016）。
【相似文献】
本文编号：2892338
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S511
【部分图文】：
的物种或组织器官间，发育过程又有差异。在不同的物种间，如绿体的分化发育是从前质体开始直接发育成成熟的叶绿体，或经后再发育形成成熟的叶绿体，是一个短时间的过程（Pogson a而在单子叶植物的叶绿体分化发育过程中并没有白色体的形成（，但叶绿体发育的不同阶段在整个生命过程中都能观察到（K在不同组织器官间的发育过程也存在差异，如拟南芥子叶和真叶南芥 var 和 im 突变体的真叶黄化而子叶为绿色（Liu et al 2010）的真叶为正常绿色而子叶呈现黄化或白化（Shimada et al 2007,。正是基于对许多不同叶色突变体的研究，才使得对叶绿体的发物学上的变化过程有了更深的认识，主要包括细胞核基因的转录录、蛋白的输入和加工、色素的合成、叶绿体对细胞核的逆向信分裂等六个方面（Pogson and Albrecht 2011），如图 1.1。
有研究者运用生物信息学方法对拟南芥中可能定位于蛋白进行全基因组扫描时，发现了一类很大的基因家族，该家族排列的、简并的由 35 个氨基酸组成的重复基序。该特征与已报道然而，用该特征序列扫描全基因组所获得的基因与用TPR基序扫没有重叠，表明其与TPR基序存在显著的差异，为了与TPR基序PR基序，相应的蛋白则称为PPR蛋白（Small and Peeters 2000）。有真核生物中，原核生物中几乎不存在，并且在动物中较少，植中又在苔藓等低等植物中较少，而在陆地植物中显著增多（Lurinnd Small 2014）。如图（1.2）所示果蝇和人类中分别只有 2 个和 植物小立碗藓中大约有 105 个，水稻和拟南芥中扩大到均含有 45卷柏中则显著扩大到 1000 多个（Lurin et al 2004, O'Toole Linneweber and Small 2008, Cheng et al 2016, Ito et al 2018）。
据所组成的基序的不同，将PPR蛋白分成P类和PLS类：P类蛋白是指只含有由 35 个氨基酸组成的P基序的蛋白，而PLS类蛋白则是指含有P、L和S类基序的蛋白。对于PLS类蛋白来说，其C末端常包含三种特殊的结构域：E、E+和DYW（图 1.5），因此，根据其所含结构域的不同，PLS类蛋白又进一步分为 4 个亚类，分别为C末端不包含任何特殊结构域的PLS亚类、含有E结构域的E亚类、含E+结构域的E+亚类以及含DYW结构域的DYW亚类（图 1.6）（Lurin et al 2004）。近来，随着越来越多的植物基因组的公布，PPR蛋白的分类也有了新的进展，通过分析 41 个不同的陆地植物基因组的PPR蛋白基序，运用结构建模的方法重新定义了 10 个PPR基序的变异子：P、P1、P2、L1、L2、S1、S2、SS、E1 和E2（图 1.7），同时PPR蛋白的分类也作了修正，根据所组成的PPR基序的不同重新细分为，P类：PPR蛋白包含P亚类和P+亚类，PLS类：PPR蛋白包含PLS亚类、E1 亚类、E2 亚类、E+亚类、DYW亚类以及含SS基序的两个不同分布形式的亚类（图 1.8）（Cheng et al 2016）。
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1 陈龙;水稻淡绿叶基因PGL12的克隆与功能分析[D];华中农业大学;2019年
本文编号：2892338
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