色氨酰-tRNA合成酶基因WRS1调控水稻种子发育

发布时间：2022-01-02 07:42

　　【目的】氨酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetases, aa RSs）与遗传信息传递密切相关,已发现植物中aaRSs家族蛋白在维持翻译功能之余,还参与配子发生与胚发育、质体的早期发育以及免疫信号的感知与病害防御等生物学过程。本研究利用水稻胚乳发育缺陷突变体,分析水稻色氨酰-tRNA合成酶（WRS1）在胚乳发育中的作用,证明WRS1基因编码一个影响水稻胚乳发育的关键因子。【方法】本研究通过甲烷磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate, EMS）诱变籼稻（Oryza sativa subsp. indica）品种N22,筛选到一个稳定遗传的水稻粉质胚乳突变体（wrs1）,图位克隆获得目标基因。对wrs1成熟种子进行形态学观察以及淀粉相关理化性质测定,利用细胞学切片分析wrs1发育中胚乳的结构,利用实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR, qRT-PCR）和GUS活性染色分析基因表达模式,通过q RT-PCR比较野生型与突变体花后12 d胚乳中淀粉合成相关基因表达情况,免疫印迹检测野生型与突变体成熟种子中淀粉合成... 

【文章来源】：中国水稻科学. 2020,34(05)北大核心CSCD

【文章页数】：14 页

【部分图文】：

野生型与wrs1突变体表型分析

与野生型相比，wrs1突变体籽粒总淀粉含量下降了7.18%，直链淀粉含量无差异（图2-A～B）。基于上述淀粉颗粒形态及总淀粉含量的变化，对突变体中淀粉理化特性进一步探究。RVA谱分析野生型和突变体淀粉糊化特性的变化，结果表明wrs1突变体淀粉的黏度分布类似于野生型但水平较低，其峰值黏度和最终黏度分别为野生型的81.84%和87.52%（图2-C，表2）。尿素浓度梯度溶解实验显示，突变体米粉更难溶于尿素溶液中，在4 mol/L时突变体和野生型溶解体积出现差异，6 mol/L时差异达到显著（图2-D～E）。综上所述，wrs1突变体中胚乳的主要填充物淀粉的含量及理化特性发生相应改变。2.3 wrs1造粉体发育异常

由于wrs1突变体纯合致死，将wrs1杂合植株与粳稻滇粳优1号配组，从F2群体中挑选46个具有粉质胚乳表型的隐性极端个体，利用133个覆盖水稻12条染色体的InDel和SSR多态性标记进行连锁分析。初步将基因定位在第12染色体长臂的3.7 Mb区间内，进一步筛选了974个极端个体并开发标记将基因限定在183 kb区间内（图4-A）。利用NCBI数据库预测，该区间内有16个开放读码框（open reading frames,ORFs）。进一步测序发现wrs1突变体在基因Os12g0540900的第6外显子上存在一个SNP（由G变成T），导致甲硫氨酸（Met）被异亮氨酸（Ile）替换（图4-B）。Os12g0540900基因编码区序列全长1227 bp，编码一个色氨酰-tRNA合成酶（WRS1）。为验证Os12g0540900是目的基因，构建了由花椰菜花叶病毒的35S启动子驱动WRS1编码区的pCAMBIA1305.1-WRS1-GFP载体，转化wrs1突变体愈伤。提取T0代转基因植株叶片的DNA，进行转基因阳性PCR检测（图4-C），进一步测序确认转基因阳性家系基因组序列中Os12g0540900基因型与突变体一致，且植株能正常生长、种子表型恢复透明（图4-D）。因此，突变的Os12g0540900确实是导致wrs1表型的基因。


本文编号：3563775