水稻HD Domain基因WFSL1調(diào)控葉綠體發(fā)育的分子機理研究.pdf

1、葉綠體是植物進行光合作用的場所，光合作用把光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，為植物生長提供了能源。葉綠體主要分布在植物葉片中，葉片的發(fā)育直接影響到葉綠體的發(fā)育。因此，通過對水稻葉色突變體的研究可以挖掘更多葉綠體發(fā)育相關(guān)基因，為進一步構(gòu)建葉色調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定堅實基礎(chǔ)并在生產(chǎn)實踐中提供理論基礎(chǔ)。水稻葉片白條紋的出現(xiàn)對植株的光合作用及干物質(zhì)的積累具有較大的影響。雖然已有大量的葉色相關(guān)基因被克隆，但是水稻葉片白條紋基因的克隆及功能研究卻鮮有報道。
　　本研究

2、中克隆了一個調(diào)控水稻葉綠體發(fā)育的基因WFSL1（White Fine Stripe Leaf1），該基因編碼一個具有HD-domain結(jié)構(gòu)域的磷酸水解酶。WFSL1基因單堿基突變后導(dǎo)致水稻出現(xiàn)白條紋葉表型，相對野生型，突變體葉片中葉綠素含量明顯下降。針對這一表型，通過細胞生物學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)、轉(zhuǎn)錄組測序以及蛋白表達水平分析等方法，解析了突變體表型產(chǎn)生的分子機制。研究結(jié)果如下:
　　1.wfsl1突變體在苗期葉片無白條紋表型

3、，直到分蘗期剛伸出的葉片出現(xiàn)白條紋表型，并一直持續(xù)到成熟期，葉片橫切觀察及葉綠素含量測定表明突變體葉綠素含量明顯減少。
　　2.透射電鏡結(jié)果表明，突變體葉片由綠色、綠白及白色三種類型的細胞組成，其中白色細胞中葉綠體及類囊體數(shù)目減少，甚至無類囊體結(jié)構(gòu)，表明突變體中葉綠體發(fā)育異常。
　　3.農(nóng)藝性狀調(diào)查表明，突變體相比野生型，株高變矮，穗長變短，一次及二次枝梗數(shù)減少，結(jié)實率下降，千粒重降低。另外突變體光合速率相比野生明顯減弱。<

4、br>　　4.遺傳分析表明，白條紋遺傳方式為隱性遺傳，核基因控制。圖位克隆表明其位于水稻第一號染色體短臂端粒位置gcw56和gcw24之間100kb的區(qū)間內(nèi)。通過基因注釋，測序后發(fā)現(xiàn)LOC_Os01g01920蛋白編碼區(qū)域發(fā)生了一個堿基的替換，由“A”變?yōu)椤癟”。進一步構(gòu)建互補、過表達載體，并轉(zhuǎn)基因到突變體中，驗證了白條紋葉這一表型確實由WFSL1基因突變造成。
　　5.生物信息學(xué)分析表明WFSL1蛋白具有HD-domain結(jié)構(gòu)域

5、，并且具有磷酸水解酶活性。
　　6.實時熒光定量PCR技術(shù)表明，WFSL1基因在水稻成熟葉和葉鞘中表達量最高。WFSL1蛋白亞細胞定位于葉綠體。
　　7.轉(zhuǎn)錄組測序表明，突變體中葉綠體發(fā)育相關(guān)基因表達下調(diào)，碳和糖代謝通路發(fā)生異常。
　　8.Western-blot實驗發(fā)現(xiàn)，wfsl1突變體中WFSL1蛋白表達水平明顯下降，磷酸水解酶活性測定表明，WFSL1蛋白改變導(dǎo)致磷酸水解酶活性明顯下降。突變體中葉綠體編碼的RNA聚