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植物在强光下往往会产生过量的活性氧(ROS),造成光氧化胁迫。然而,由于固着生长不能逃避强光胁迫,植物在长期的进化过程中,形成了多种应对强光胁迫的作用机制,其中包括减少ROS产生和ROS清除机制。在ROS清除方面,植物可以通过酶促反应和非酶促反应清除过量积累的ROS;在ROS产生方面,植物通过精确调控四吡咯合成途径中各种叶绿素前体物质的水平以防止光能过量吸收,进而防止ROS的过量产生。在拟南芥中,FLU作为四吡咯合成途径的负调控因子,可以与ROS合成途径中的关键酶Glu-TR互作抑制其活性,从而防止原叶绿素酸酯的过量合成,进而防止光能的过量吸收及ROS胁迫。 本课题对水稻突变体yellow and variegated leaf mutant(yvl)开展了研究,发现yvl突变体存在明显的萌发迟滞表型,并且在正常光周期下(光照12h/黑暗12h)表现出植株矮化、叶色微黄并有色斑。根据T-DNA插入信息,yvl的插入突变基因为Os02g42314,编码一个可能定位于过氧化物酶体的泛素结合酶OsPEX4,但水稻OsPEX4基因尚未被研究。经原生质体瞬时转化技术发现OsPEX4蛋白并不定位于过氧化物酶体,而是定位在与过氧化物酶体、叶绿体相邻的位置。遗传互补实验表明,OsPEX4基因不能回复yvl突变体的表型。随后,经叶绿素前体—原叶绿素酸酯含量的对比发现yvl突变体的原叶绿素酸酯的含量在黑暗和暗转光条件下都明显高于野生型;ROS染色结果表明yvl突变体积累了较高的ROS,特别是单线态氧;并且黄化的突变体幼苗见光后不易成活。接下来,对部分ROS报告基因进行了RT-PCR检测,与野生型相比,yvl突变体中WRKY24等报告基因的表达量在由暗转光后发生显著上调。yvl突变体的这些特征与拟南芥flu突变体较为相似。随后对yvl突变体中与拟南芥同源的两个FLU基因(OsFLU1/2)的表达量的检测发现:OsFLU1的表达量明显下降,而OsFLU2的表达量略微上调。通过对yvl的OsFLU1序列进行测序分析,发现突变体中OsFLU1的第一个外显子和第一个内含子衔接处有53bp的片段缺失。运用CRISPR-Cas9技术将野生型水稻的OsFLU1基因进行敲除,植株表现出与yvl一致的表型。另外,过量表达OsFLU1可以互补yvl突变体表型。 以上结果初步表明,yvl是一个水稻OsFLU1片段缺失的突变体,OsFLU1在水稻抗光氧化中发挥作用。研究结果为水稻抗光氧化胁迫机制的探究提供了线索,对充分理解植物ROS产生途径以及提高植物光能吸收利用和农作物分子育种具有指导意义。