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高等植物茎在营养生长过程中按照特定的时间和空间模式不断产生叶。分离鉴定各种叶发育突变体并且克隆相应的基因,将有助于揭示控制水稻叶发育分子机理,有利于通过遗传操作提高水稻的产量。
我们在粳稻Yundao32中发现了叶发育的自发突变体,表型为出叶速率快,植株矮化,分蘖减少,营养生长向生殖生长转换受阻,将其命名为leafy-head2(lhd2)。组织解剖学的观察表明,lhd2叶原基发生比野生型快,节的数目增加,节间缩短,在每个节的叶腋里能形成分蘖芽,但大多数分蘖芽不能伸长。因此推测LHD2基因控制叶的起始和茎的发育。遗传分析表明,lhd2突变体是由单个核基因隐性突变造成的。lhd2初步定位在第1染色体的长臂上,位于分子标记RM1361和RM104之间。我们通过图位克隆的方法分离了LHD2基因,它与玉米中控制叶起始形成的TerminalEar基因有比较高的同源性,在氨基酸水平上的相同性为67%。序列分析表明,lhd2-1突变体在第五个内含子的剪接位点(3082bp)有一个G到T的点突变,造成mRNA的剪接错误,蛋白质的翻译提前终止;在lhd2-2突变体中,由于在LHD2基因1407bp处一个碱基C的缺失,造成开放阅读框的移码;在lhd2-3突变体中,由于在LHD2基因1416bp处插入了1个1972bp的逆转座子,造成蛋白质的翻译提前终止。LHD2蛋白属于MEI2-RNA结合蛋白,具有3个RNA结合元件RRM(RNARecongnitionMotif)。表达模式分析表明LHD2基因主要在茎尖与表达与LHD2基因控制叶的起始与生长发育相转变等功能相符合。因此,我们推测LHD2可能通过调控KNOX基因和激素相关基因的表达,调节水稻的生长发育。结合LHD2基因与TE1基因保守的蛋白结构与表达模式以及基因功能丧失造成的相似表型,提示禾本科植物存在非常保守的控制叶起始时序的分子机制
我们对LHD2基因的图位克隆、表达谱以及作用机理的初步研究,将有助于阐明控制水稻叶发育时间的分子机理。而且,通过转基因技术控制LHD2基因的表达,有望创造出具有理想株型的水稻育种材料。
MOC1基因在水稻分蘖形成过程中起着非常重要的作用。我们构建了一系列MOC1与GFP融合蛋白表达载体,通过瞬时表达和转基因方法对MOC1的亚细胞定位和分子机理及其各个结构域的作用进行分析。MOC1蛋白可能通过N端定位到细胞核内。N端丝氨酸富集区可能负调节MOC1蛋白的活性。在水稻中过量表达MOC1,会造成植株矮化,分蘖伸长受抑制,生殖生长期穗上异位苞叶的产生。为了研究MOC1在发育过程不同阶段的作用,我们构建了可诱导表达系统。为深入了解MOC1的功能,鉴定和分析可能受MOC1控制的下游基因,揭示水稻分蘖生长发育的分子机理奠定基础。