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水稻侧根发育基因OsSLR1的克隆和功能研究

贾利强  
【摘要】: 利用乙基甲磺酸(ethyl methane sulfonate,EMS)诱变的水稻突变体库,筛选到三个水稻侧根与主根伸长受阻的突变体Osslr1-1,Osslr1-2和Osslr1-3(Short lateral root 1)。其突变表型主要表现为其根系的伸长受到严重的抑制,形成短根系突变体。Osslr1突变体的茎的负向地性也受到影响。遗传分析表明突变体是由EMS诱变引起的隐性单基因突变造成的。经过对这个突变体的研究,我们得到以下实验结果: 1.Osslr1突变体的主要突变表型是整个根系包括主根、不定根和侧根的生长都受到了严重抑制,造成短根系突变体。同时Osslr1突变体地上部分的负向地性减弱。 2.遗传分析表明Osslr1由EMS诱变引起的隐性单基因突变造成的。通过图位克隆,OsSLR1基因定位到1号染色体上的BAC P0506A10。测序分析表明,一个功能未知的基因(LOC_Os01g67290)发生了点突变,氨基酸序列由谷氨酰胺(CAA)突变为终止密码子(TAA)。OsSLR1全长5767bp,CDS全长2943bp,编码980个氨基酸,为一个功能未知蛋白。功能恢复实验证明OsSLR1蛋白功能的丧失造成Osslr1的突变表型。测序分析表明,另外两个短侧根突变体为Osslr1的等位突变体,突变位点分别位于基因组序列720bp和3324bp处。 4.RT-PCR以及Promoter与GUS报告基因的融合基因转基因结果表明,OsSLR1在植物的根、茎、叶和花中呈组成性表达。生物信息学预测OsSLR1蛋白定位于线粒体内。利用洋葱表皮瞬时表达系统,证明OsSLR1蛋白确实定位于线粒体。 5.OsSLR1突变造成突变体对二价金属离子锰、铁、锌、镁和钙的吸收受到抑制,尤其是锰的吸收,突变体地上部分锰含量只有野生型的大约十分之一。同时突变体的主根生长表现对锰毒害超敏,而地上部分由于锰含量的降低表现为抗锰毒害。这些都说明OsSLR1基因对水稻锰的吸收起着至关重要的作用。铁的吸收下降了大约60%,铁吸收和转运相关基因的RT-PCR结果也显示在突变体中这些基因的表达上调,预示着出现缺铁症状。此外突变体还表现在对缺钙和低氮溶液的超敏,在缺钙离子溶液中突变体的根系生长受到严重的抑制,而在低氮的溶液中突变体的根系长度几乎恢复到野生型的表型。 综上所述,OsSLR1对水稻正常的根系发育有着重要的作用,对这个基因的深入研究为能使我们更好的理解水稻根系的发生发育机制以及对二价金属离子的吸收转运机制。


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