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株高是影响作物产量的重要农艺性状,研究并揭示株高发育的分子机理有助于塑造理想株型,提高生产效率。本文研究的材料是一个水稻光周期温度敏感的显性矮化突变体Photoperiod-Thermo-sensitive Dwarf 1(PTD1)。前人克隆了PTD1基因,发现其野生型基因ptd1编码一个非特异脂质转移蛋白(nsLTP)。据报道,nsLTPs是一类具有典型的8个半胱氨酸基序(8 CM)结构的蛋白,这些半胱氨酸可配对产生4个保守的二硫键。但突变型PTD1由于第100位氨基酸后产生移码突变,失去了8 CM的最末两个保守半胱氨酸,预测其无法形成第3和第4个二硫键。前人将野生型ptd1这两个半胱氨酸的密码子突变为甘氨酸密码子,并转化野生型水稻中花11(ZH11),获得了表型与PTD1类似的矮化植株,证明这两个保守半胱氨酸的丧失是导致矮化表型的关键。此外,前人还筛选获得了一个ptd1/PTD1互作因子OsUBC25,预测为泛素结合酶E2,但其功能未知。为了进一步阐明PTD1导致矮化的显性获得性功能的分子机制,本文开展了以下研究:(1)选择与ptd1结构类似的其它nsLTPs成员进行8CM基序的定点突变,探讨保守二硫键的破坏导致的显性获得性功能是否具有普遍性;(2)筛选鉴定PTD1的互作因子,探讨PTD1与蛋白因子的特殊互作与显性矮化的关系;(3)分析油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)激素途径基因在PTD1突变体中的表达变化情况,揭示PTD1与已知控制株高的激素途径的关系。研究获得以下主要结果:(1)PTD1二硫键破坏导致的显性获得性功能在nsLTPs中不具有普遍性。通过数据库筛选获得一个编码产物与ptd1蛋白相似性高的LTPL17基因,构建定点突变载体,将LTPL17的8 CM基序第111和125位保守半胱氨酸突变为甘氨酸。转化ZH11后获得25个独立转化株系。这些转基因植株并未呈现异常表型,说明PTD1的8 CM基序中保守二硫键破坏导致的显性获得性功能在其它nsLTPs中不具有普遍性,推测PTD1的获得性功能可能与其特殊构象和某些蛋白因子产生特异性互作有关。(2)探讨PTD1的互作模式与矮化表型的关系。通过Y2H以及Pull-down实验验证了候选互作因子OsUBC25与PTD1/ptd1的互作关系。利用CRISPR/Cas9系统敲除野生型植株内源的OsUBC25基因。获得的敲除体植株呈现类似于PTD1的矮化表型,说明PTD1的矮化表型可能与OsUBC25基因功能丧失有关。为了更进一步揭示PTD1的互作关系,本研究还利用Semi Pull-down方法结合质谱分析,筛选获得了ptd1候选互作因子181个,PTD1候选互作因子51个。其中ArsM1是一个仅在PTD1下拉互作谱存在的候选因子,其拟南芥同源基因SMT2位于BR合成途径上游,smt2突变体表现植株矮化和生长抑制,提示ArsM1可能参与PTD1的矮化机制。为研究其原始功能与株高发育是否相关,本文针对ArsM1构建了CRISPR/Cas9敲除载体以及超表达载体,目前转化工作正在进行中。(3)分析BR相关基因在PTD1突变体中的表达情况。利用qRT-PCR检测野生型和突变型水稻拔节期茎中BR途径相关基因的mRNA表达量,发现突变体PTD1中一些BR相关基因表达异常,说明PTD1矮化可能涉及BR信号途径。