水稻多蘗矮稈突變體的基因精細定位與蛋白質組學研究.pdf

1、水稻是世界上最重要的糧食作物之一，分蘗和株高是其株型結構中最重要的兩個農藝性狀。本研究對秈型多蘗矮稈突變體“佳禾叢矮”(JHCA)進行遺傳分析，表明它同時攜帶互不等位的半矮稈基因sd1和另一個由核基因隱性突變造成的多蘗矮稈基因，命名為xmd(t)。從JHCA與野生型高稈品種“廣場13”(GC13)的雜交后代中分離出只帶xmd(t)的單基因突變型品系，經多代自交，達到遺傳穩(wěn)定，命名為“新佳叢”(XJC)。通過分子標記的連鎖分析，將xmd(

2、t)基因精細定位于第1號染色體上由兩個SSR分子標記SSR-X4和SSR-X25界定的區(qū)間內，遺傳距離約為0.6cM，物理距離約為190kb。該區(qū)間含有候選基因OsCCD8(Os01g0746400)，它是MAX4/RMS1/DAD1的同源基因，即D10。因為JHCA和XJC與dl0突變體的表型極其相似，暗示著xmd(t)與d10可能是等位基因。D10是抑制分枝的新型植物激素獨角金內酯(strigolactone，SL)合成途徑中的關鍵

3、基因。外源施用SL的人工類似物GR24可恢復XJC的突變表型，結合D10基因的測序分析結果，進一步證實了XMD(t)就是D10的等位基因。攜帶d10/xmd/(t)基因的多蘗矮稈突變體JHCA和XJC是SL-缺失突變體，是研究水稻分蘗分子機理的理想材料。
　　 抑制分枝的SL或其衍生物作為一種新激素被發(fā)現是當前植物生物學領域的一項重大突破，植物分枝抑制的MAX/RMS/D途徑是當前的研究熱點。雖然該途徑中的一些關鍵基因已被陸續(xù)克

4、隆出，但其抑制分枝的信號調控機制的細節(jié)尚不清楚。為了在蛋白質組水平揭示SL對水稻分蘗抑制的分子機理，本研究運用蛋白質組學技術分析了d10/xmd(t)突變體XJC響應GR24處理的差異表達蛋白和磷酸化蛋白。
　　 研究發(fā)現，GR24抑制了黑暗中萌發(fā)和生長的XJC幼苗胚軸的伸長，這種對細胞分裂的抑制機理可能與之對分蘗芽生長的抑制相關。差異蛋白質組學分析法聯(lián)用MALDI-TOF質譜分析鑒定出9個差異表達蛋白，其中蔗糖合成酶2、核酮糖

5、二磷酸羧化酶/加氧酶大亞基等2個蛋白表達上調，推定表達的5-甲基四氫葉酸-高半胱氨酸S-甲基轉移酶、推定的晚期胚胎豐富蛋白、腺苷激酶、肌動蛋白-7和胞質抗壞血酸過氧化物酶2等5個蛋白表達下調，假定蛋白OsI09330和線粒體磷轉運蛋白等2個蛋白特異性消失。它們分別參與了碳代謝、能量代謝、防衛(wèi)、蛋白質代謝和細胞骨架保持等功能途徑。在對照蛋白質組中高豐度表達的線粒體磷轉運蛋白的特異性消失可能與GR24對的細胞分裂的抑制作用密切相關，它是根據

6、質譜數據在擬南芥蛋白數據庫中匹配到的同源蛋白，對于水稻蛋白質數據庫而言，可能是個新蛋白。蛋白質磷酸化是信號轉導的重要機制。本研究利用特異性抗體檢測并鑒定出8個響應GR24的磷酸化蛋白，包括6個絲氨酸磷酸化蛋白和2個蘇氨酸磷酸化蛋白，這些蛋白為:推定的磷酸甘油酸激酶（胞質）、推定的磷酸丙糖異構酶、磷酸甘露糖變位酶、推定的還原酶、推定的順烏頭酸水合酶（胞質）、推定的氨基轉移酶AGD2、甲基丙二酸-半-醛脫氫酶和尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶。它

7、們分別表現出磷酸化、去磷酸化和磷酸化減弱等三種磷酸化狀態(tài)的改變，表明它們可能是SL信號通路的組成成分。
　　 本研究還運用蛋白質組遺傳分析方法，尋找與引起多蘗矮稈突變表型的d10基因密切相關的蛋白質標記。發(fā)現佳禾叢矮(JHCA)與廣陸矮4號(GLA4)的葉鞘、根系和基部節(jié)間蛋白質組中存在著豐富的多態(tài)性遺傳標記，可分為三種類型，即:位移變異、“有/無”變異和表達量變異。以分蘗最重要的著生部位基部節(jié)間為對象，結合F2分離后代的突變型