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《中国农业科学院》 2011年
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AtPPR2基因在拟南芥配子体和胚胎发育中的功能分析

鲁玉清  
【摘要】:被子植物的生活周期经历了从二倍体孢子体世代到单倍体配子体世代的交替过程,该过程是通过配子体发育、双受精形成合子、胚胎发育而实现的。研究雌雄配子体及胚胎发育过程,对了解被子植物的生活周期及其分子机制具有重要的意义。在模式植物拟南芥中,很多与雌雄配子体发育或(和)胚胎发育相关的突变体已经被发现和鉴定。 PPR蛋白质是一类主要定位在线粒体或质体/叶绿体中的蛋白质,通常由35个简并氨基酸重复序列串联组成。PPR蛋白质家族是植物中最大的蛋白质家族之一,例如:拟南芥基因组编码466个PPR蛋白质,而水稻中存在多达480个PPR蛋白质。PPR基因突变后会导致植物产生各种各样的表型,包括光合作用受损、细胞质雄性不育、胚胎纯合致死、种子不能正常成熟等,这些都表明了PPR基因参与各种各样的生物学过程。对PPR基因分子机制的深入研究,其结果表明大多数PPR蛋白质参与RNA转录后加工,包括RNA编辑、剪接、稳定和翻译。 拟南芥AtPPR2是PPR蛋白质家族中的一员。已有的研究结果初步表明,拟南芥AtPPR2基因突变后导致雌雄配子体败育并且胚胎纯合致死,但是AtPPR2基因的确切功能还未见报道。在本论文研究中,利用TAIL-PCR技术鉴定出AtPPR2基因的功能缺失突变体—Atppr2。在Atppr2雌、雄配子体发育过程中,因细胞第一次有丝分裂受阻而导致雌、雄配子体部分败育;在Atppr2胚胎发育过程中,细胞分裂迟缓、无规律,最终导致纯合胚胎败育致死。emb2750突变体是AtPPR2基因中的另一个T-DNA插入突变体。该突变体胚胎的发育具有和Atppr2胚胎发育相似的表型,但是其雌、雄配子体发育正常,表明emb2750突变体很可能是一个弱等位基因突变体。多数emb2750纯合体种子能在含有3%蔗糖的1/2MS培养基上萌发后形成白化苗,这些白化苗表型异常,并且在种子萌发后7天停止生长,最后干枯致死。白化苗的叶绿体高度液泡化,并且缺少典型的叶绿体结构和类囊体膜系统。此外,AtPPR2基因在emb2750白化苗中的表达量约是野生型中的60%,在emb2750突变体中很可能存在一个具有部分功能的不完整转录本。在遗传互补实验中,AtPPR2全基因能够互补Atppr2和emb2750的表型。 Real-time PCR和GUS报告基因的方法检测AtPPR2基因的表达模式,发现AtPPR2基因在根、茎、叶、幼苗、花、角果等各个组织都有表达,其中在细胞分裂旺盛的部位表达量较高。烟草瞬时表达和拟南芥原生质体瞬时表达AtPPR2N-EYFP融合蛋白实验,都证明AtPPR2蛋白质定位在叶绿体中。RNA共沉淀实验和蛋白质凝胶迁移滞后实验,均证明AtPPR2蛋白可以与叶绿体基因组编码的23S rRNA结合。 AtPPR2可能通过调控蛋白质翻译过程而精细调控质体/叶绿体功能,进而调控细胞分裂。目前已报道的叶绿体基因,主要参与叶绿体发育和光合作用。虽然光合作用对胚胎和配子体发育并不是必需的,但是质体/叶绿体中的一些主要代谢物质,例如氨基酸、脂肪酸、维生素、植物激素等,都可能是胚胎和配子体发育所必需的。因此,当AtPPR2丧失生物学功能后,突变体的质体/叶绿体常见功能将会发生紊乱,从而导致Atppr2部分雌雄配子体和胚胎(emb2750胚胎)发育上的缺陷。总之,对AtPPR2基因分子机制的深入研究,将为“质体/叶绿体在细胞分裂中起着重要的作用”这一论点提供新的证据,开拓新的视野。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:Q943

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