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AP2/ERF转录因子与水稻产量相关基因LRK6等位基因的表达差异

王钱洁  
【摘要】:为了更有效的通过遗传工程的手段进行育种,至关重要的一点就是分析清楚基因的功能及其表达调控。我们实验室先前的工作中,通过图位克隆的方法从以东乡野生稻(Oryza rufipogon Griff.)为供体与以桂朝2号(Oryza sativa L. ssp. Indica)为受体的BC4F2群体中获得了一个与水稻高产有关的QTL位点qGY2-1,实验证明这个QTL位点促进水稻谷粒子增加从而对产量的贡献率达到16%。基因结构分析表明这个QTL位点由LRK1-LRK8 (leucine-rich repeat receptor-like kinase, LRK),八个编码富含亮氨酸重复序列型类受体激酶新基因所组成的基因簇。有趣的是,我们发现该LRK家族基因在粳稻日本晴(Oryza sativa L. subsp. Japonica var. Nipponbare)和籼稻93-11(Oryza sativa L. subsp. Indica var. 93-11)的杂交后代中存在等位基因表达差异的现象。LRK家族基因中的一员,LRK6基因在籼粳杂交后代中来源不同亲本的等位基因均有表达,但是对于该后代中LRK6基因总转录水平的贡献却不一致。在亲本中,日本晴中的LRK6基因的表达量远远高于93-11中。在籼粳杂交后代中,来源于不同亲本的LRK6等位基因于其在亲本中的表达量相似。这种现象,我们推测是由于等位基因启动子顺式元件所造成的。通过对LRK6启动子的递减分析,我们发现有两个启动子区域对LRK6基因的表达存在明显影响。序列比对分析显示这两个区域的序列在籼稻93-11、粳稻日本晴和东乡野生稻中存在差异。其中一个启动子区域,我们命名为DSLP2 (Different Sequence of LRK6 Promoter 2),可能具有潜在的转录因子结合位点。使用酵母单杂交的方法,我们获得了一个乙烯响应因子(ERF)蛋白与该片段互作。序列分析和GCC-box互作分析说明,这是一个乙烯响应转录因子基因(OsERF3),属于ERF家族的第二类转录因子,除含有一个ERF域之外,还有一个具有抑制下游基因表达功能的EAR域。我们通过碱基突变实验确定OsERF3基因与DSLP2区域中的一个未报道的元件(5'-TAA(A)GT-3')互作。激素处理实验和OsERF3基因过量表达实验结果显示,OsERF3基因可能直接抑制93-11中的LRK6基因的表达,但是对日本晴的LRK6基因的表达没有明显的直接抑制。所有实验的结果综合来看,OsERF3基因,一类乙烯响应的转录因子,与水稻LRK6基因启动子上的元件互作,很有可能导致了籼粳杂交后代中来源不同亲本的等位基因表达差异的现象。为进一步研究水稻产量基因的调控和了解植物杂种优势的机理,做出了一些新的尝试。


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