水稻多蘗矮稈突變體的基因精細(xì)定位與蛋白質(zhì)組學(xué)研究.pdf

1、水稻是世界上最重要的糧食作物之一，分蘗和株高是其株型結(jié)構(gòu)中最重要的兩個(gè)農(nóng)藝性狀。本研究對(duì)秈型多蘗矮稈突變體“佳禾叢矮”(JHCA)進(jìn)行遺傳分析，表明它同時(shí)攜帶互不等位的半矮稈基因sd1和另一個(gè)由核基因隱性突變?cè)斐傻亩嗵Y矮稈基因，命名為xmd(t)。從JHCA與野生型高稈品種“廣場(chǎng)13”(GC13)的雜交后代中分離出只帶xmd(t)的單基因突變型品系，經(jīng)多代自交，達(dá)到遺傳穩(wěn)定，命名為“新佳叢”(XJC)。通過(guò)分子標(biāo)記的連鎖分析，將xmd(

2、t)基因精細(xì)定位于第1號(hào)染色體上由兩個(gè)SSR分子標(biāo)記SSR-X4和SSR-X25界定的區(qū)間內(nèi)，遺傳距離約為0.6cM，物理距離約為190kb。該區(qū)間含有候選基因OsCCD8(Os01g0746400)，它是MAX4/RMS1/DAD1的同源基因，即D10。因?yàn)镴HCA和XJC與dl0突變體的表型極其相似，暗示著xmd(t)與d10可能是等位基因。D10是抑制分枝的新型植物激素獨(dú)角金內(nèi)酯(strigolactone，SL)合成途徑中的關(guān)鍵

3、基因。外源施用SL的人工類(lèi)似物GR24可恢復(fù)XJC的突變表型，結(jié)合D10基因的測(cè)序分析結(jié)果，進(jìn)一步證實(shí)了XMD(t)就是D10的等位基因。攜帶d10/xmd/(t)基因的多蘗矮稈突變體JHCA和XJC是SL-缺失突變體，是研究水稻分蘗分子機(jī)理的理想材料。
　　 抑制分枝的SL或其衍生物作為一種新激素被發(fā)現(xiàn)是當(dāng)前植物生物學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，植物分枝抑制的MAX/RMS/D途徑是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。雖然該途徑中的一些關(guān)鍵基因已被陸續(xù)克

4、隆出，但其抑制分枝的信號(hào)調(diào)控機(jī)制的細(xì)節(jié)尚不清楚。為了在蛋白質(zhì)組水平揭示SL對(duì)水稻分蘗抑制的分子機(jī)理，本研究運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分析了d10/xmd(t)突變體XJC響應(yīng)GR24處理的差異表達(dá)蛋白和磷酸化蛋白。
　　 研究發(fā)現(xiàn)，GR24抑制了黑暗中萌發(fā)和生長(zhǎng)的XJC幼苗胚軸的伸長(zhǎng)，這種對(duì)細(xì)胞分裂的抑制機(jī)理可能與之對(duì)分蘗芽生長(zhǎng)的抑制相關(guān)。差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析法聯(lián)用MALDI-TOF質(zhì)譜分析鑒定出9個(gè)差異表達(dá)蛋白，其中蔗糖合成酶2、核酮糖

5、二磷酸羧化酶/加氧酶大亞基等2個(gè)蛋白表達(dá)上調(diào)，推定表達(dá)的5-甲基四氫葉酸-高半胱氨酸S-甲基轉(zhuǎn)移酶、推定的晚期胚胎豐富蛋白、腺苷激酶、肌動(dòng)蛋白-7和胞質(zhì)抗壞血酸過(guò)氧化物酶2等5個(gè)蛋白表達(dá)下調(diào)，假定蛋白OsI09330和線粒體磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等2個(gè)蛋白特異性消失。它們分別參與了碳代謝、能量代謝、防衛(wèi)、蛋白質(zhì)代謝和細(xì)胞骨架保持等功能途徑。在對(duì)照蛋白質(zhì)組中高豐度表達(dá)的線粒體磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的特異性消失可能與GR24對(duì)的細(xì)胞分裂的抑制作用密切相關(guān)，它是根據(jù)

6、質(zhì)譜數(shù)據(jù)在擬南芥蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)中匹配到的同源蛋白，對(duì)于水稻蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)而言，可能是個(gè)新蛋白。蛋白質(zhì)磷酸化是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要機(jī)制。本研究利用特異性抗體檢測(cè)并鑒定出8個(gè)響應(yīng)GR24的磷酸化蛋白，包括6個(gè)絲氨酸磷酸化蛋白和2個(gè)蘇氨酸磷酸化蛋白，這些蛋白為:推定的磷酸甘油酸激酶（胞質(zhì)）、推定的磷酸丙糖異構(gòu)酶、磷酸甘露糖變位酶、推定的還原酶、推定的順烏頭酸水合酶（胞質(zhì)）、推定的氨基轉(zhuǎn)移酶AGD2、甲基丙二酸-半-醛脫氫酶和尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶。它

7、們分別表現(xiàn)出磷酸化、去磷酸化和磷酸化減弱等三種磷酸化狀態(tài)的改變，表明它們可能是SL信號(hào)通路的組成成分。
　　 本研究還運(yùn)用蛋白質(zhì)組遺傳分析方法，尋找與引起多蘗矮稈突變表型的d10基因密切相關(guān)的蛋白質(zhì)標(biāo)記。發(fā)現(xiàn)佳禾叢矮(JHCA)與廣陸矮4號(hào)(GLA4)的葉鞘、根系和基部節(jié)間蛋白質(zhì)組中存在著豐富的多態(tài)性遺傳標(biāo)記，可分為三種類(lèi)型，即:位移變異、“有/無(wú)”變異和表達(dá)量變異。以分蘗最重要的著生部位基部節(jié)間為對(duì)象，結(jié)合F2分離后代的突變型