水稻核糖核酸还原酶大亚基1(RNRL1)突变回复Osnaat1突变体根构型机制研究

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水稻Osnaat1突变体在在三价铁(Fe(Ⅲ))溶液培养条件下表现为缺铁,根系生长抑制表型,但在三价铁缺磷(Fe(Ⅲ-P))与二价铁(Fe(Ⅱ))溶液培养条件下表型恢复。为进一步研究三价铁条件下Osnaat1突变体根系生长抑制生理与分子机制,对Osnaat1突变体种子进行甲基磺酸乙酯(EMS)诱变,发展突变体种子(M2)。在Fe(Ⅲ)溶液培养条件下筛选突变体种子,发现一个根系部分回复材料,该双突变体记为Osnaat1/rnrl1(根据基因克隆结果)。经过对这个突变体的研究,我们得到以下实验结果:   1.Osnaat1/rnrl1叶片在Fe(Ⅲ),Fe(Ⅱ)及Fe(Ⅲ-P)下均表现为叶色失绿,这一症状在整个生育期都出现,且老叶叶脉发白症状比新叶更严重。Osnaat1/rnrl1在Fe(Ⅲ)条件下,发芽10天后能够部分回复Osnaat1的根系表型。在三价铁缺磷与二价铁溶液培养条件下根表型正常。   2.对Osnaat1/rnrl1与野生型(日本晴)回交群体F2代遗传分析表明,Osnaat1/rnrl1叶色失绿表型为单基因隐性控制。用图位克隆方法确定Osnaat1/rnrl1突变表型是由OsRNRL1基因(Os06g07210)第8号外显子上的一个碱基(C突变为T)突变,丙氨酸改变为缬氨酸所导致。转基因回复验证了基因克隆结果。OsRNRL1基因编码核糖核酸大亚基1,它的突变使得植株体内的dNTP浓度降低,影响DNA的合成及修复,植株叶绿体发育受到影响。   3.通过对回交群体植株RNRL1和NAAT1基因的测序,分离出单基因突变体Osrnrl1。突变体Osrnrll根部表型与野生型一样,地上部与Osnaat1/rnrl1相似叶脉发黄。   4.RT-PCR结果表明RNRL1基因为组成型表达基因,在根,茎中表达高于叶,花器官。RNRL1启动子(RNRL1p)驱动的GUS报告基因转基因材料表达结果与RT-PCR分析结果一致。   5.GFP融合基因在洋葱表皮细胞瞬时表达结果表明OsRNRL1蛋白在内质网定位。   6.Fe(Ⅲ)条件下Osnaat1/rnrl1双突变体和Osnaat1突变体一样根部有乙烯和尼克酰胺(nicotianamine:NA)的积累。缺磷和加赤霉素(GA3),乙烯积累消失,根构型回复。这表明Fe(Ⅲ)条件下Osnaat1突变体根构型与乙烯积累有关,缺磷及加GA可以缓解乙烯的积累。   7.qRT-PCR分析表明在Fe(Ⅲ)条件下,Osnaat1/rnrl1同Osnaat1相比较,缺铁响应相关基因和GA合成信号基因表达下调;抗氧化相关基因表达上调。Osrnrl1同野生型相比较,也是同样的趋势。   综上所述,OsRNRL1基因突变可能提高了Osnaat1突变体内活性GA的含量,改变了乙烯信号,缓解缺铁引起的胁迫效应,从而改善了Osnaat1突变体根构型。这需要进一步的研究证实。
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