水稻HD Domain基因WFSL1調控葉綠體發(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，光合作用把光能轉變?yōu)榛瘜W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)育相關基因，為進一步構建葉色調控網絡奠定堅實基礎并在生產實踐中提供理論基礎。水稻葉片白條紋的出現對植株的光合作用及干物質的積累具有較大的影響。雖然已有大量的葉色相關基因被克隆，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結構域的磷酸水解酶。WFSL1基因單堿基突變后導致水稻出現白條紋葉表型，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、生物化學與分子生物學、轉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生的分子機制。研究結果如下:
　　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目減少，甚至無類囊體結構，表明突變體中葉綠體發(fā)育異常。
　　3.農藝性狀調查表明，突變體相比野生型，株高變矮，穗長變短，一次及二次枝梗數減少，結實率下降，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。通過基因注釋，測序后發(fā)現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”。進一步構建互補、過表達載體，并轉基因到突變體中，驗證了白條紋葉這一表型確實由WFSL1基因突變造成。
　　5.生物信息學分析表明WFSL1蛋白具有HD-domain結構域

5、，并且具有磷酸水解酶活性。
　　6.實時熒光定量PCR技術表明，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.轉錄組測序表明，突變體中葉綠體發(fā)育相關基因表達下調，碳和糖代謝通路發(fā)生異常。
　　8.Western-blot實驗發(fā)現，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蛋白改變導致磷酸水解酶活性明顯下降。突變體中葉綠體編碼的RNA聚