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在细胞内存在一类与跨膜信息传递似乎没有直接关系的GTP酶,其功能也受鸟核苷酸调节,这一类蛋白称为小GTP结合蛋白。根据小GTP结合蛋白蛋白成员的同源程度可分为数个亚家族,广泛存在于真核和原核生物中。在原核生物中,它们分别在细胞内囊泡运输、核转运、细胞增殖等过程发挥重要作用;在真核生物中,小GTP结合蛋白在信号转导,蛋白合成与转运和细胞周期调节中起到重要作用。不过小GTP结合蛋白在高等植物叶绿体发育中作用目前尚不明确。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,产生叶色突变。本研究通过对粳稻品种嘉花一号经60Coγ诱变处理获得的温敏感叶色突变体osobg3进行性状特征、图位克隆及相关功能分析,得出以下结论:
1.与野生型相比,突变体植株处于20℃时,叶片二叶期呈现白化表型,三叶期叶片呈现绿白相间的条纹状,四叶期呈现与野生型一致的绿色;而处于32℃时,叶片表型始终与野生型一致,表明osobg3是温敏感叶色突变体。
2.研究发现该突变体的表型与叶绿体的发育和光合色素的积累异常有关。当处于20℃条件下时,突变体的光合色素(总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b)含量与野生型相比明显降低,叶绿体类囊体片层也明显减少;而处于30℃条件下时,与野生型并无明显差异。
3.通过对培矮64S与osobg3杂交的585个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(OsOBG3)控制。
4.利用图位克隆技术对突变基因osobg3进行定位,将其定位在第3染色体的InDel分子标记ID33343和ID33307之间的36kb内,对该区域的4个候选基因进行测序分析发现编码小GTP结合蛋白的基因(LOC_Os03g58540)第一外显子上有4个碱基的缺失,这会导致该基因编码蛋白的的翻译提前终止。对该基因进行功能互补实验表明正是该基因的突变导致了植株的异常表型。
5.对该基因及其所编码蛋白进行组织特异性表达分析、亚细胞定位分析、保守结构域和高级结构分析等表明OsOBG3基因在高等植物叶片中特异性表达,所编码蛋白定位于叶绿体,具有显著的Obg类蛋白结构域和高级结构特征。
6.对突变体内与叶绿素合成,叶绿体发育以及光合作用相关基因的表达量进行分析发现在低温条件下突变体中叶绿素合成和光合作用相关基因的表达量有明显的下调,而在高温下恢复正常。这表明该基因的突变可能抑制了叶绿体的早期发育,从而导致叶绿体发育迟滞,进而影响叶绿素的积累和白化表型的出现。
本实验也为今后该基因的功能分析以及叶绿体的发育和调控机制提供了一个新的思路。
1.与野生型相比,突变体植株处于20℃时,叶片二叶期呈现白化表型,三叶期叶片呈现绿白相间的条纹状,四叶期呈现与野生型一致的绿色;而处于32℃时,叶片表型始终与野生型一致,表明osobg3是温敏感叶色突变体。
2.研究发现该突变体的表型与叶绿体的发育和光合色素的积累异常有关。当处于20℃条件下时,突变体的光合色素(总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b)含量与野生型相比明显降低,叶绿体类囊体片层也明显减少;而处于30℃条件下时,与野生型并无明显差异。
3.通过对培矮64S与osobg3杂交的585个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(OsOBG3)控制。
4.利用图位克隆技术对突变基因osobg3进行定位,将其定位在第3染色体的InDel分子标记ID33343和ID33307之间的36kb内,对该区域的4个候选基因进行测序分析发现编码小GTP结合蛋白的基因(LOC_Os03g58540)第一外显子上有4个碱基的缺失,这会导致该基因编码蛋白的的翻译提前终止。对该基因进行功能互补实验表明正是该基因的突变导致了植株的异常表型。
5.对该基因及其所编码蛋白进行组织特异性表达分析、亚细胞定位分析、保守结构域和高级结构分析等表明OsOBG3基因在高等植物叶片中特异性表达,所编码蛋白定位于叶绿体,具有显著的Obg类蛋白结构域和高级结构特征。
6.对突变体内与叶绿素合成,叶绿体发育以及光合作用相关基因的表达量进行分析发现在低温条件下突变体中叶绿素合成和光合作用相关基因的表达量有明显的下调,而在高温下恢复正常。这表明该基因的突变可能抑制了叶绿体的早期发育,从而导致叶绿体发育迟滞,进而影响叶绿素的积累和白化表型的出现。
本实验也为今后该基因的功能分析以及叶绿体的发育和调控机制提供了一个新的思路。