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水稻分蘖基因ext-M1B图位克隆和功能研究

梁越洋  
【摘要】: 水稻是重要的粮食作物,提高水稻的产量,是育种家和生物技术工作者共同的使命。分蘖是水稻生长的基本特性,是影响稻米产量的重要农艺性状之一。因此,对水稻分蘖的研究具有重要的理论意义和应用价值。随着遗传学和分子生物学实验方法的迅猛发展,一些参与分蘖的相关基因相继被克隆。为进一步阐明水稻分蘖复杂的分子机制提供了重要的理论依据 从水稻保持系绵香1B(M1B)和一份雄性核不育材料(Genetic Male Sterile, GMS-1)的杂交F2代中发现一株极度分蘖突变体,命名为M1B-ext。用突变体和野生型水稻品种2480B、D62B、G46B、G683B、M1B进行正反交配制杂交组合构建F2群体。对所配制的杂交组合进行遗传分析发现,无论正交还是反交,所有组合F1代株系均表现为正常亲本的表型;F2代表型统计和x2测验表明,正常植株与突变体的比例符合一对基因控制的分离比3:1,表明该突变体突变性状受单隐性核基因控制。 通过分子标记的连锁分析将水稻多分蘖基因ext-M1B定位在第6染色体短臂SSR分子标记RM19398和RM510之间51.8kb区间内区域内。通过生物信息学分析这一区域内的水稻基因组数据,我们发现一个与拟南芥中抑制分枝的基因MAX2高度同源的基因(暂命名为OsMAX2),该基因编码F-box蛋白和具有LRR重复氨基酸序列结构域。对突变体上该等位基因进行DNA测序发现,在这个基因编码区1012位点上GAT突变成为GCCT,该突变导致翻译移码,使蛋白质在第372个氨基酸位置提前终止。因此确定OsMAX2为ext-M1B候选目的基因。 利用实时定量荧光PCR对ext-M1B基因mRNA在根、茎、叶的转录水平进行了分析,结果表明该基因在叶片中的转录水平最高,在茎中的表达量略高于根部。我们推测ext-M1B基因的调控很可能发生在水稻多个组织中,很可能是作用于一种根部到茎部最后到达植物叶片的一种可移动的物质(独角金内酯)。 有研究表明,MAX2基因参与了拟南芥独角金内酯抑制分蘖的途径。为了研究ext-M1B基因是否参与水稻中独角金内酯途径抑制分蘖的途径,我们对相关基因在M1B-ext突变体和野生型的转录水平进行了分析,结果表明在突变体中D10、D27、HTD1在转录水平上与野生型相比均有一定程度的降低,而D14基因在突变体中的转录水平明显高于野生型。由此可见,ext-M1B可能与这4个基因共同参与独角金内酯途径抑制水稻分蘖。 为了验证候选基因OsMAX2是否为目的基因,我们根据水稻基因组序列信息设计引物,利用PCR扩增出候选基因。最终构建了候选基因OsMAX2的过量表达载体pHB-ext和干涉表达载体pOsAct-RNAi。通过根癌农杆菌介导的植物转基因技术转化水稻,得到转基因植株。功能验证试验还在进行中。 综上所述,我们对一份极度分蘖突变体M1B-ext进行了研究,发现该极度分蘖突变体受单隐性核基因(ext-M1B)控制,OsMAX2可能为候选目的基因,同时,我们认为OsMAX2可能参与了水稻独角金内酯抑制分蘖途径的调控。我们推测OsMAX2做为独角金内酯的信号受体,独角金内酯信号能够加强OsMAX2/F-box泛素连接酶E3复合体与靶蛋白的识别和互作,这种靶蛋白可能是该激素的抑制转录因子,被OsMAX2/F-box泛素连接酶E3复合体泛素化修饰后进入26S蛋白酶体降解,抑制作用解除,独角金内酯相关基因开始转录。


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