水稻外显子拼接复合体核心成员eIF4A3和BTZ同源基因的功能分化研究

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外显子拼接复合体(EJC)在真核生物转录后调控过程中起重要作用,其中MAGO、Y14、eIF4A3和BTZ是该复合体的核心成员。MAGO和Y14在动植物的发育中起重要作用,eIF4A3和BTZ基因在动物中的生物学功能也有报道,但它们在植物中的功能尚不清楚。本工作着重研究了水稻OseIF4A3和OsBTZ两个基因家族重复后的功能分化情况。主要结果与结论如下:  (1) OseIF4A3同源基因参与调控水稻花发育  eIF4A3基因家族在水稻中具有两个拷贝,分别是OseIF4A3-1和OseIF4A3-3。序列分析表明OseIF4A3基因两个拷贝之间的核苷酸同源性高达96.9%。在水稻不同组织器官和不同发育时期中,OseIF4A3-1和OseIF4A3-3基因拥有一致的表达域,并在受精前后表达量明显变化。它们的表达对不同胁迫处理和激素诱导均有一定程度且相似的响应。以上结果暗示这两个基因可能存在功能冗余。RNAi转基因植株基因型和表型分析结果显示,当OseIF4A3-1和OseIF4A3-3两个基因的表达量被同时下调后,水稻花发育的过程会受到影响,主要表现在两个方面:(1)花器官身份的改变,呈现浆片向稃片,雄蕊向雌蕊的同源异形转变;(2)花器官数目的改变,出现融合的双子房,甚至是花器官数目的倍增。因此,OseIF4A3基因参与调控水稻花部器官的发育。在这些RNAi转基因植株中,B、C类MADS-box基因以及OsLRK的表达量也明显降低,与OseIF4A3的表达呈显著正相关。这些结果暗示OseIF4A3-1和OseIF4A3-3能调控花发育相关基因的表达。通过比较分析野生型和RNAi转基因株系的转录组发现在RNAi材料中一系列转录因子基因转录本的拼接发生了变化,暗示OseIF4A3可能通过调控目标转录因子的剪切来调控B类MADS-box等基因的表达。  (2) OsBTZ同源基因参与水稻发育并且发生了明显的功能分化  水稻中OsBTZ基因家族有两个拷贝,OsBTZ-1和OsBTZ-5,两个基因结构相似,但氨基酸水平上的一致性仅为29.6%;OsBTZ-1和OsBTZ-5两个拷贝之间的表达模式相近,但是其蛋白具有不同的亚细胞定位,OsBTZ-5定位于细胞核和细胞质中,而OsBTZ-1蛋白仅定位于细胞质和一些颗粒小体(stress granules,SGs)中;RNAi研究表明OsBTZ-1和OsBTZ-5两个拷贝发生了明显的功能分化,OsBTZ-1的下调会影响水稻胚珠的发育,从而影响水稻的育性,敲除OsBTZ-5会有致死效应,无法产生转基因植株。这两个同源基因的功能分化很可能是由于其编码序列的变化引起的。  (3)水稻EJC成员的蛋白互作样式  本研究还对水稻EJC四个核心成员MAGO、Y14、eIF4A3和BTZ蛋白间的互作进行了研究。通过酵母双杂交和BiFC分析表明OsMAGO和OsY14能够形成异源二聚体,OsBTZ-1和OsMAGO能够形成异源二聚体,OseIF4A3与另三个成员都不互作。  以上研究结果揭示了OseIF4A3和OsBTZ参与了水稻的花发育和育性调控,在水稻生长发育中发挥重要作用,对更好的理解EJC在植物中的功能及其进化具有重要的意义。
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