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随着分子生物学和遗传学的发展,发育生物学已经成为生物学中最为活跃的研究领域之一。在植物发育研究中关于营养器官的生长发育、花器官发生(包括雄性不育等)以及植物激素在植物生长发育中的控制作用等方面的知识,构成了人们寻找有效控制作物生长发育、开花结实、提高作物生产能力及改善品质的新思路、新手段的理论基础。
根据本课题组已完成的芯片数据我们筛选到一个在低温诱导条件下高水平表达的基因OsSUI1,正常条件下OsSUI1在花药部位有较高水平的表达。基因序列分析表明OsSUI1基因位于水稻第4号染色体上,不合有内含子,编码一个243个氨基酸残基的蛋白。蛋白序列比较分析发现OsSUI1基因存在一个保守的SUI1结构域。进一步分析发现,在籼稻和粳稻中的等位基因由于存在的一个碱基的缺失,导致编码的蛋白产物差异较大,粳稻中的蛋白已经缺失SUI1结构域。通过系统发育分析,发现,OsSUI1同源蛋白在不同生物中相对保守,预示OsSUI1基因可能行使相对保守的重要生物学功能。
通过在粳稻和籼稻中的过量表达研究发现,OsSUI1基因与水稻的花器官发育有密切的关系。过量表达转基因植株呈现花器官数目增加,雌蕊表现柱头数目增加,雄蕊表现花药数目增加,花粉高度不育。浆片与内外稃之间出现同型器官转化,浆片发育成稃片状器官。这些表型表明基因的过量表达引起了花原基的增大并影响到第二轮和第三轮花器官的正常发育。
通过对OsSUI1基因的干扰表达研究发现,OsSUI1基因与水稻的根生长发育有密切的关系,干扰表达转基因植株表现主根生长被抑制,侧根数目增加,主根螺旋卷曲。并且最终的转基因植株株高明显低于野生型植株,叶片表现早衰。通过对叶片表面气孔的观察发现,转基因植株的气孔发育严重受阻,无法观察到正常的保卫细胞。所有干扰表达转基因植株也都表现不同程度的育性下降。
通过表达模式研究发现,OsSUI1基因主要在细胞比较活跃的部位表达,包括芽尖,根尖,茎基部分蘖节,居间分生组织,穗轴维管组织,内外稃薄壁组织和维管束,花药药隔维管束,花粉粒等。这些结果显示OsSUI1基因功能与细胞增殖和分化有密切的关系。
通过亚细胞定位研究发现,OsSUI1蛋白为膜表达蛋白,进一步的荧光融合转基因表达研究,发现融合蛋白在水稻中的组织定位与启动子分析结果基本一致,并且转基因植株表型与过量表达一致,如花器官数目增加。上述结果也反映在转录水平上OsSUI1基因存在更复杂的调控机制。
植物发育与植物激素之间有着非常密切和复杂的关系,尤其生长素和细胞分裂素对植物发育的调控。研究表明OsSUI1基因与细胞的分裂和分化有非常密切的关系。有关OsSUI1基因功能分子作用机理,包括OsSUI1基因与生长素和细胞分裂素之间的信号转导途径关系及生长素和细胞分裂素两者之间信号转导途径之间的交叉关系有待进一步深入研究。