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《中国科学院研究生院(上海生命科学研究院)》 2006年
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水稻基因组和EST序列的测定和分析以及水淹条件下乙醛酸循环相关基因功能的研究

陆颖  
【摘要】:水稻是世界上约一半以上人口的主食。水稻基因组的大小仅为430万碱基对,是基因组研究的模式植物。我们在参与绘制亚洲栽培稻粳稻日本晴(Oryzasativa ssp. japonica, Nipponbare)第四号染色体的精细物理图和精确测序的研究工作中,发现一个水稻编码类似α-淀粉酶抑制剂的基因(OsAI)。测序和基因组比较分析表明,该基因编码区的一个保守结构域(α-淀粉酶抑制剂结构域)在籼(indica)粳稻中有明显差异。大多数籼稻的该基因中,存在一个15碱基的插入,而在大多数粳稻中则没有这段插入序列。相似的插入事件也发生在一部分野生稻中,而且一些野生稻同时具有两种不同OsAI的等位基因。这表明,籼稻和粳稻的分化在野生稻中可能已经存在。 本研究的第二部分工作是对水稻mRNA多聚腺苷化信号位点的序列进行了深入分析。大部分真核生物mRNA的加工涉及到mRNA前体的分裂/多聚腺苷化,在3'-末端形成多聚腺苷酸(poly(A))尾巴。为了研究水稻mRNA前体多聚腺苷化过程所必须的poly(A)加尾信号、下游调控元件和poly(A)位点等序列的特点,我们用3'-末端带有poly(A)的EST与全长cDNA序列进行较,建立起一个来自9953个基因的、覆盖12, 969条poly(A)位点两侧各40碱基序列的数据库。对其研究发现,只有7.9%的mRNA使用AAUAAA作为加尾信号,超过60%使用AAUAAA的1-2个碱基变化的序列作为加尾信号,11.5%的mRNA使用AAUGAA及其单碱基变化的加尾信号。在约25%的mRNA的3'-末端存在有多个poly(A)位点。在90%的mRNA前体的加尾信号下游都能检测到富含U/GU的调控元件,尤其在以AAUAAA的多碱基变化序列作为加尾信号的mRNA前体中,半数以上都能在poly(A)位点两侧检测到下游调控元件。而且,这些调控元件的位置对poly(A)位点的选择有限制作用。总之,虽然水稻mRNA加尾信号的保守性较低,但大量下游调控元件的存在保证了多聚腺苷化过程的正常进行。 第三部分工作是,水淹条件下,水稻乙醛酸循环的功能分析。在缺氧条件下,植物由于呼吸作用受到阻碍,转而通过乙醇发酵途径产生NAD+。乙醇发酵途径在丙酮酸脱羧酶(PDC)和乙醇脱氢酶(ADH)作用下,将丙酮酸先后转变成乙醛和乙醇。在长时间的缺氧条件下,乙醇发酵过程的进行会导致乙醛的积累。因此,植物能否对乙醇发酵过程中产生的乙醛等中间产物进行有效的代谢就决定了其耐受缺氧环境的能力。水稻编码乙醛脱氢酶(ALDH)的基因(Aldh2a)的转录水平在低氧条件下上升的实验结果表明在此情况下,乙醛有可能通过乙醛先被转变成乙酸,乙酸再被转变成乙酰辅酶A(acetyl-CoA),最
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(上海生命科学研究院)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:S511

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