一个新的OsBRI1弱等位突变体的鉴定及其调控种子大小的功能研究
发布时间：2021-04-01 13:55
水稻（Oryzasativa）籽粒大小是影响其产量的关键农艺性状,克隆并研究水稻籽粒大小相关基因对于提高水稻产量具有重要意义。为深入探究水稻籽粒大小的调控机制,通过EMS诱变品种宽叶粳（KYJ）,分离了一系列水稻籽粒大小改变的突变体,其中smg12表现为籽粒变小,株高变矮,一级枝梗数和二级枝梗数减少。遗传分析表明,该小粒突变体受隐性单基因控制。细胞学分析显示,该突变体颖壳纵向细胞长度显著变短,表明SMG12主要影响细胞扩展。利用Mutmap方法对候选基因进行克隆,筛选出SMG12的候选基因OsBRI1,该基因编码油菜素内酯受体激酶。OsBRI1外显子上的第2 074个碱基发生了由C到T的置换,产生非同义突变,使得该位置编码的脯氨酸变为丝氨酸,从而影响OsBRI1的功能。综上,该研究鉴定了OsBRI1基因的1个新等位变异,揭示了油菜素内酯途径调控水稻籽粒大小的细胞和分子基础。
【文章来源】：植物学报. 2020,55(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
水稻突变体smg12的表型分析
我们利用Mutmap方法对突变体候选基因进行克隆(Abe et al.,2012;Takagi et al.,2015)。将野生型KYJ与突变体smg12杂交获得F1代,F1自交得F2代,从F2群体中挑取50株小粒矮秆表型植株进行等量混池测序,并且以F2代中与野生型表型相似的50株植株作为对照进行基因组重测序,然后进行SNP分析。结果显示,在smg12突变体中共检测到7 761个混池特异SNP,其中SNP＿index等于1的有12个(表3)。并且只有基因LOC＿Os01g52050中的碱基突变造成氨基酸突变,影响蛋白质编码。因此,基因LOC＿Os01g-52050为最佳候选基因。为了进一步验证smg12突变体的候选突变位点,我们根据LOC＿Os01g52050中的突变碱基设计dCAPS标记(表1)。利用该分子标记鉴定野生型KYJ和突变体smg12。结果显示,smg12能被相应内切酶正确切割而野生型KYJ不能被切开,且F2代群体中表型和基因型连锁,与预期结果相同(图3A,B)。因此,上述结果表明,smg12中确实存在C-T的突变。在国家水稻数据中心网站(http://www.ricedata.cn/)上进行搜索,发现该基因为OsBRI1,编码油菜素内酯受体激酶,包含跨膜结构域、亮氨酸富集结构域和蛋白激酶结构域。OsBRI1外显子上第2 074个碱基处发生了由C到T的置换,产生非同义突变,导致CDS在翻译过程中第692个氨基酸由脯氨酸(Pro)变为丝氨酸(Ser)(图3C,D)。因此,LOC＿Os01g52050可能为smg12突变体的候选基因。
水稻突变体d11株高变矮,叶片直立,籽粒变短但宽度无变化。研究发现D11基因编码1种新的细胞色素P450,与油菜素内酯生物合成相关的几种酶的编码基因同源性很高,且施加油菜素内酯能够恢复d11突变体的表型,表明D11对于油菜素内酯的合成至关重要,且油菜素内酯影响水稻籽粒大小(Tanabe et al.,2005)。在突变体d54中,OsBRI1编码区第2 500个碱基发生了由A到T的突变,导致激酶结构域上该位置编码的异亮氨酸变为脯氨酸,且OsBRI1激酶结构域上该位置编码的异亮氨酸作用非常保守,因此这一突变使OsBRI1激酶活性急剧下降。突变体表现出植株半矮化和叶片直立的表型,一级枝梗数和二级枝梗数减少,且籽粒纵向长度缩短,变得更圆更小(Zhao et al.,2013)。激酶结构域的突变使水稻产生株高变矮及籽粒变小等一系列异常表型,说明OsBRI1的激酶活性对于油菜素内酯维持植株正常生长发育至关重要。smg12突变体OsBRI1外显子上的第2 074个碱基处发生了由C到T的置换,产生非同义突变,导致OsBRI1跨膜结构域上该位置编码的脯氨酸(Pro)变为丝氨酸(Ser)。通过比较OsBRI1在水稻和拟南芥中同源基因的氨基酸序列,发现OsBRI1编码区第692位的脯氨酸在各同源基因中非常保守。而这个脯氨酸的突变使得跨膜结构域蛋白编码异常,可能会影响油菜素内酯激酶活性。smg12突变体表现为株高变矮、一级枝梗数和二级枝梗数减少,叶片直立、籽粒变短但宽度无变化,表型类似于突变体d11和d54。因此,推测跨膜结构域对于OsBRI1行使功能非常重要,且油菜素内酯能够调控水稻籽粒的大小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水稻粒形遗传的研究进展[J]. 宫李辉,高振宇,马伯军,钱前. 植物学报. 2011(06)
[2]油菜素内酯（BR）促进植物生长机理研究进展[J]. 侯雷平,李梅兰. 植物学通报. 2001(05)
本文编号：3113448
【文章来源】：植物学报. 2020,55(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
水稻突变体smg12的表型分析
我们利用Mutmap方法对突变体候选基因进行克隆(Abe et al.,2012;Takagi et al.,2015)。将野生型KYJ与突变体smg12杂交获得F1代,F1自交得F2代,从F2群体中挑取50株小粒矮秆表型植株进行等量混池测序,并且以F2代中与野生型表型相似的50株植株作为对照进行基因组重测序,然后进行SNP分析。结果显示,在smg12突变体中共检测到7 761个混池特异SNP,其中SNP＿index等于1的有12个(表3)。并且只有基因LOC＿Os01g52050中的碱基突变造成氨基酸突变,影响蛋白质编码。因此,基因LOC＿Os01g-52050为最佳候选基因。为了进一步验证smg12突变体的候选突变位点,我们根据LOC＿Os01g52050中的突变碱基设计dCAPS标记(表1)。利用该分子标记鉴定野生型KYJ和突变体smg12。结果显示,smg12能被相应内切酶正确切割而野生型KYJ不能被切开,且F2代群体中表型和基因型连锁,与预期结果相同(图3A,B)。因此,上述结果表明,smg12中确实存在C-T的突变。在国家水稻数据中心网站(http://www.ricedata.cn/)上进行搜索,发现该基因为OsBRI1,编码油菜素内酯受体激酶,包含跨膜结构域、亮氨酸富集结构域和蛋白激酶结构域。OsBRI1外显子上第2 074个碱基处发生了由C到T的置换,产生非同义突变,导致CDS在翻译过程中第692个氨基酸由脯氨酸(Pro)变为丝氨酸(Ser)(图3C,D)。因此,LOC＿Os01g52050可能为smg12突变体的候选基因。
水稻突变体d11株高变矮,叶片直立,籽粒变短但宽度无变化。研究发现D11基因编码1种新的细胞色素P450,与油菜素内酯生物合成相关的几种酶的编码基因同源性很高,且施加油菜素内酯能够恢复d11突变体的表型,表明D11对于油菜素内酯的合成至关重要,且油菜素内酯影响水稻籽粒大小(Tanabe et al.,2005)。在突变体d54中,OsBRI1编码区第2 500个碱基发生了由A到T的突变,导致激酶结构域上该位置编码的异亮氨酸变为脯氨酸,且OsBRI1激酶结构域上该位置编码的异亮氨酸作用非常保守,因此这一突变使OsBRI1激酶活性急剧下降。突变体表现出植株半矮化和叶片直立的表型,一级枝梗数和二级枝梗数减少,且籽粒纵向长度缩短,变得更圆更小(Zhao et al.,2013)。激酶结构域的突变使水稻产生株高变矮及籽粒变小等一系列异常表型,说明OsBRI1的激酶活性对于油菜素内酯维持植株正常生长发育至关重要。smg12突变体OsBRI1外显子上的第2 074个碱基处发生了由C到T的置换,产生非同义突变,导致OsBRI1跨膜结构域上该位置编码的脯氨酸(Pro)变为丝氨酸(Ser)。通过比较OsBRI1在水稻和拟南芥中同源基因的氨基酸序列,发现OsBRI1编码区第692位的脯氨酸在各同源基因中非常保守。而这个脯氨酸的突变使得跨膜结构域蛋白编码异常,可能会影响油菜素内酯激酶活性。smg12突变体表现为株高变矮、一级枝梗数和二级枝梗数减少,叶片直立、籽粒变短但宽度无变化,表型类似于突变体d11和d54。因此,推测跨膜结构域对于OsBRI1行使功能非常重要,且油菜素内酯能够调控水稻籽粒的大小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水稻粒形遗传的研究进展[J]. 宫李辉,高振宇,马伯军,钱前. 植物学报. 2011(06)
[2]油菜素内酯（BR）促进植物生长机理研究进展[J]. 侯雷平,李梅兰. 植物学通报. 2001(05)
本文编号：3113448
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