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热激蛋白(Hsps)作为一种分子伴侣可以促进蛋白的折叠,组装,参与蛋白在细胞内的运输和定位,降解或者调节其它蛋白。按照分子量的大小,可以把热激蛋白分成sHSP(小分子量热激蛋白),Hsp70,Hsp90,Hsp100等。热激转录因子(Hsfs)可以促进热激蛋白的表达。热激蛋白和热激转录因子除了在热激下起作用外,还和其它多种非生物胁迫有关,如干旱,高盐和低温胁迫等。为了研究水稻在高温协迫下的反应及Hsfs和Hsps~在胁迫响应中的作用,我们用Affymetrix基因芯片检测了水稻在热激胁迫下的表达谱,并且和公共数据库中水稻在低温,干旱和高盐胁迫后的基因表达谱进行了比较。全基因组的表达模式聚类分析表明热激胁迫和其它三种胁迫区别较大,但是热激蛋白和热激转录因子对四种非生物胁迫都有不同程度的反应,并且反应模式呈现高度的一致,说明热激蛋白和热激转录因子可能在不同的逆境响应通路的相互作用中起非常重要的作用。另外通过比较水稻和拟南芥不同非生物胁迫下的表达谱,发现干旱胁迫对水稻热激转录因子表达的上调作用比对拟南芥的更明显。同时我们也鉴定了一些只对特定非生物胁迫有反应的热激蛋白或者热激转录因子,说明它们在不同胁迫下的功能已经产生分化。
通过筛选ZH11的T-DNA插入突变体库,鉴定了一个温度敏感的水稻突变体,命名为pse(premature senescence mutation)。当种植在大田中时,该突变体在抽穗期出现叶片类病斑(leision mimic),并不断扩大直至叶片枯萎,导致结实率低下,苗期水稻在高温下也会出现明显的类似表型。为深入研究pse突变体,把这个突变体和龙特普进行杂交构建遗传群体,用图位克隆的办法克隆Pse基因。最后我们发现7号染色体上一段区域发生了的倒位,这导致Pse基因上游区域的缺失,使该基因表达下降。在突变体中表达Pse基因,能恢复突变体的表型,证实突变表型是由Pse基因的突变所引起。生物信息学方法的预测结果表明,Pse是一个膜蛋白,在C’端含有二个跨膜区域;在N’端有四个C2结构域,在动物里的研究表明这类蛋白和细胞内膜泡运输有关。我们在水稻中找到了12个类似结构的蛋白,发现植物中这类基因在C2结构域的数目和跨膜结构域的位置上和动物里的同源蛋白有很大差异。说明Pse在植物和动物中功能有了明显的分化。我们进一步通过比较热激后突变体和野生型水稻基因表达谱,揭示了Pse可能的作用途径,为进一步研究Pse的功能打下了基础。