早期水稻叶绿体发育相关的GRP基因的图位克隆与功能分析

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植物GRPs(Glycine-rich proteins)及其结构和功能的研究对探讨植物生长发育等方面有重要意义。叶绿体发育过程由核质基因共同调控,该过程中核质基因转录翻译、蛋白加工和运输、类囊体形成等受阻均可引起叶绿体发育不完全,发生叶色突变。本研究通过物理诱变60Coγ射线处理嘉花一号获得一水稻黄绿叶突变体byl2,对其进行性状特征、图位克隆及功能分析等研究,得出以下结论:
  1.与野生型嘉花一号相比,其植株苗期早期叶片呈黄化表型,光合色素(总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b)含量均下降,叶绿体类囊体片层明显减少,田间植株的株高、穗数、穗长、千粒重、叶绿素SPAD值等有所降低。
  2.通过对培矮64S与byl2杂交的F2群体进行遗传分析,表明该叶色突变性状受单个的隐性核基因控制。
  3.利用图位克隆技术对突变基因进行定位,将其定位在第2染色体的InDel分子标记ID23730和ID23754之间的24Kb范围内,对该范围的三个候选基因进行半定量RT-PCR分析和测序分析,与野生型相比,结果发现编码GRP的LOC_Os02g39340基因的RNA水平的表达量下降,且其第20bp处缺失一个碱基A,而其余两个基因并无变化。随后对该基因进行功能互补验证分析,结果T1代出现叶色分离,分离比符合3:1,推断该基因的突变造成植株叶片呈黄化表型。
  4.对该突变体进行组织特异性表达分析、亚细胞定位分析、叶绿体发育和叶绿素合成相关基因的定量分析、GRP结构预测和进化树分析等一系列功能分析,结果表明该突变基因在叶中特异性表达,所编码蛋白定位于叶绿体,PEP依赖型基因的表达量下降。
  5.由此推断本研究中基因的突变影响了PEP调控途径,致使PEP依赖型基因的表达量下降,导致叶绿体发育不完全,叶绿素合成受阻,使突变体植株叶片呈黄化表型。某种程度上,叶绿体发育不完全可能会通过核质反馈信号途径影响一些叶绿体发育相关核基因的表达。
  以期为今后该基因的功能分析及叶绿体发育机制研究提供一定的参考。
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