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拟南芥COS1基因的克隆及其功能分析

肖仕  
【摘要】:拟南芥COI1基因编码一个F-box蛋白,已经证明COIl蛋白能够与拟南芥的CULLIN1,RBX1以及Skp1类似蛋白ASKl或ASK2等相互作用形成SCF~(COI1)复合体,介导茉莉素的各种反应。COI1基因的无效突变使植物丧失了所有的茉莉素反应,表现为对茉莉素不敏感、花粉不育、延迟衰老以及对病虫害的抗性丧失等。为了更好地认识COI1基因调控茉莉素反应的分子机理,我们对coi1突变的抑制子进行了突变体筛选,得到了一个在coi1的背景下表现为野生型茉莉素反应的突变株,我们将它命名为cos1(coi1 suppressor 1)。在coi1的背景下,cos1突变能够恢复coi1相关的一些表现型包括对茉莉素的敏感性、衰老以及植物抗性等方面的缺陷,表明COS1基因可能在茉莉素信号传导链中处于COI1基因的下游。采用基因图谱定位的方法,我们克隆了COS1基因并发现它编码核黄素生物合成途径中的一个关键酶,2,4—二氧四氢蝶啶合成酶(lumazine synthase,LS)。cosl的cDNA不能正常地在内含子的末端剪切(识别位点TA~↓GG→TAAG),而是在其后外显子18个碱基处(TA~↓GC为识别位点)进行剪切,导致突变体的cDNA比正常植株少了18个碱基,也就导致由这18个核苷酸所编码的6个氨基酸序列的缺失,从而导致了cos1突变的各种表现型。cos1表现为衰老相关基因如SEN4、SAG12等基因的组成型表达,表明COS1基因在植物的衰老方面起着重要的作用。众所周知,核黄素以及由其衍生的两个辅酶FMN(黄素单核苷酸)和FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)是所有生物体内的很多必需且广泛的细胞活动所不可缺少的,且在一系列的细胞活动如DNA的光修复、光感应以及生物显光等方面起着重要作用。最后我们阐述了核黄素途径在茉莉素信号传导途径中的作用机理并且由此推断出COS1基因可能是COI1基因下游的一个负调控基因,或者是代表茉莉素信号传导相关的另外一条途径,与那些仍然未知的茉莉素的负调控基因(如SCF~(COI1)复合体的底物)共同行使对下游基因的抑制作用,来调控下游基因的表达和表现茉莉素的各种反应。进一步研究COS1基因将加深人们对作物整体抗性和植物衰老现象的认识,具有极其重要的理论价值和应用前景。


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