水稻OPRs家族基因的mGWAS定位及生物信息学分析

发布时间：2020-03-31 14:11

【摘要】：茉莉素(jasmonates,JAs)作为一种重要的植物激素,在植物生长发育和抵抗逆境等生理过程中发挥着重要的作用。12-氧-植物二烯酸还原酶(12-oxophytodienoate reductase,OPR)是JAs合成途径的关键酶,可以将12-氧-植物二烯酸(12-xox-phytodienoic acid,OPDA)还原为8-(3-氧代-2-(戊-2-烯基)环戊基)辛酸(OPC-8:0),经过β-氧化生成JAs。在植物体内都存在多个OPRs,因其氨基酸序列存在差异从而对几种不同结构的OPDA表现不同的亲和性和催化活性。目前,研究人员已经在水稻、番茄、拟南芥等物种中鉴定了参与JAs生物合成的OPRs,并且发现OPRs响应机械损伤、盐离子、植物信号分子、病原菌感染等多种生物和非生物胁迫。水稻基因组中共有13个OPRs,其中,OsOPR7和OsOPR1已经被鉴定,其不仅参与水稻中JA生物合成,也参与了水稻防御和胁迫应答等生理过程,但大部分的OsOPRs在水稻体内的生理功能仍然不清楚。本研究以445份水稻种质资源为材料,测定了叶片中JA合成途径中代谢物的含量,通过JAs合成途径中代谢物含量的mGWAS(metabolome Genome-Wide Association Study)定位到了位于水稻6号染色体上包括OsOPR1在内的6个OsOPRs基因。本文对水稻中被注释的10个OPRs进行了DNA、蛋白质结构以及进化树分析,并通过生物信息学手段对它们进行了亚细胞定位和底物特异性的预测。发现OsOPRs在基因的结构和蛋白结构上存在一定的差异,OsOPRs与番茄中OPRs相似度最高。根据水稻、番茄、拟南芥中OPRs的底物活性已有的研究,对其它OsOPRs的底物活性进行了预测:OsOPR5、OsOPR10接受cis(-)-OPDA,cis(+)-OPDA作为底物,但是优先选择cis(-)-OPDA,OsOPR2、OsOPR4、OsOPR6选择cis(-)-OPDA为底物,而OsOPR8、OsOPR9可能只能分别催化cis(-)-OPDA、cis(+)-OPDA。此外,本研究利用JAs合成途径代谢物含量进行mGWAS分析时还定位到了一个bHLH基因。通过遗传互作分析发现,bHLH和OsOPR6之间存在遗传互作,在OsOPRs启动子区域也发现了bHLH结合的顺式元件E-BOX。本研究通过对JAs合成途径中候选基因在抗逆等生理过程中的分析,对之后的育种工作具有重要意义。
【图文】：

定点突变体的底物特异性。PR3 和定点突变体对 cis(+)-OPDA 的还原。WT（■），，His244Tyr（+）和 Phe74Tyr（◆44Tyr 双突（▲）。（b）OPR3 野生型和定点突变体的立体选择性。用 GC-MS 在反应 30A（灰色）和 cis(-)-OPDA（黑色）的消耗量。rate specificity of site-directed OPR3 mutants.of cis(+)-OPDA by OPR3 wildtype enzyme and site-directed mutants. OPR3 wild-type enzymeected mutants His244Tyr (+) and Phe74Tyr (◆) and the double mutant Phe74Tyr/His244Tyr (▲ty of OPR3 wild-type enzyme and site-directed mutants. The relative consumption of cis(+)-O cis(-)-OPDA (black bars) was analyzed after 30 min by GC MS (Breithaupt et al 2009). 微阵列分析和植株损伤实验后 OPR 基因 Southern 杂交分析显示，3 个 OPRs 基因只有 LeOPR3 在损伤叶片中表达量有相对快速eOPR1、LeOPR2 表达量不受影响，LeOPR3 底物 OPDA 和下游产

水稻 OPRs 家族基因的 mGWAS 定位及生物信息学分析参考文献中命名为 OsOPR3）和 AOC 基因能够正调控水稻植株对咀嚼式昆虫，但并不参与对水稻稻瘟病的调控（Yara et al 2008，Guo et al 2014）。 但大 OsOPRs 基因在水稻体内行使的功能和参与的生理过程依然不清楚。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2;S511

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本文编号：2609179