【摘 要】
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抽穗期是水稻的一个重要农艺性状,决定水稻的种植区域及种植时间。适宜的抽穗时间对于产量的形成至关重要,因此研究水稻抽穗期并使其在适宜的时间开花结实具有重要意义。组蛋白甲基化修饰参与生物体的各种生物进程,包括植物的开花,而组蛋白H3K4的甲基化是由进化上高度保守的多蛋白复合物催化进行的,该复合物根据成员种类及甲基转移酶的功能分别命名为COMPASS或COMPASS-Like复合物。双子叶模式植物拟南芥
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
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抽穗期是水稻的一个重要农艺性状,决定水稻的种植区域及种植时间。适宜的抽穗时间对于产量的形成至关重要,因此研究水稻抽穗期并使其在适宜的时间开花结实具有重要意义。组蛋白甲基化修饰参与生物体的各种生物进程,包括植物的开花,而组蛋白H3K4的甲基化是由进化上高度保守的多蛋白复合物催化进行的,该复合物根据成员种类及甲基转移酶的功能分别命名为COMPASS或COMPASS-Like复合物。双子叶模式植物拟南芥中已初步揭示该复合物各成员的功能,而水稻中目前仅有OsWDR5a和OsTrx1两个成员被报道,本研究鉴定出两种水稻COMPASS-Like复合物新成员OsRBL与OsASHLs(OsASHL1和OsASHL2),并把研究重点集中在OsASHLs上,拟探究其在水稻中的功能机制,结果如下:1.通过酵母双杂交,荧光素酶互补,双分子荧光互补及水稻原生质体免疫共沉淀实验,证明水稻OsRBL既可与OsWDR5a互作,也可与OsASHL1、OsASHL2互作,但OsWDR5a与OsASHL1、OsASHL2均不互作,表明OsRBL在OsWDR5a与OsASHLs之间起到一个“桥梁”作用;2.烟草瞬时表达系统的亚细胞定位实验表明,OsWDR5a与OsRBL均可定位在细胞核和细胞质,而OsASHL1、OsASHL2只定位在细胞核,这不仅为它们之间的相互作用奠定了空间基础,也意味着它们可能具有不同的功能机制;3.通过CRISPR-Cas9技术获得了水稻osashl1与osashl2的双敲除突变体(命名为osashls双突变体),表型分析及统计结果显示,osashls双突变体表现出在长短日照条件下都延迟抽穗,更有趣的是,在极端长日照条件下,延迟抽穗时间更长,表明OsASHL1和OsASHL2可以调控水稻的抽穗期,且不完全依赖于光周期途径,也参与调控水稻的基本营养生长期。此外,osashls双突变体整个生育期均矮于野生型,结合转录组数据,推测OsASHL1和OsASHL2通过影响BR生物合成及GA代谢过程来调控水稻的株高;4.Western Blot结果显示,osashls双突变体中H3K4me1,H3K4me2,H3K4me3甲基化水平均显著低于野生型,表明OsASHL1和OsASHL2对组蛋白H3K4的单甲基化、二甲基化、三甲基化均有调控作用;5.荧光定量与Ch IP-q PCR结果表明,与野生型相比,osashls双突变体中基本营养生长期正调控因子OsVIL4区H3K4三甲基化水平显著降低,致使其转录水平降低,进而延长基本营养生长期;6.通过农杆菌介导法获得了OsWDR5a过表达转基因水稻,表型分析及统计结果显示,OsWDR5a过表达导致水稻在短日照和长日照条件下抽穗期延迟,表明其对水稻抽穗期具有调控作用,且不完全依赖于光周期途径,也影响了基本营养生长期,这与osashls双突变体对抽穗期的影响类似,暗示着该复合物各成员在体内通过相同的途径来调控水稻的抽穗期。以上结果表明,水稻体内存在由OsASHL1、OsASHL2、OsRBL、OsWDR5a等组成的COMPASS-Like复合物,OsRBL在该复合物中起到一个“桥梁”作用,将OsASHLs与OsWDR5a集结在一起,该复合物通过影响水稻的基本营养生长期和光周期敏感期来调控水稻的抽穗期,也通过影响BR生物合成及GA代谢过程等调控水稻的生育进程。
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