水稻叶片蜡质基因的图们克隆与功能分析

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cumt12791
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从EMS化学诱变云南地方品种丽江新团黑谷后代中获得了稳定遗传的叶片蜡质稀少突变体。本研究对WSL2基因进行了精细定位和功能分析,初步阐明了WSL2基因的生物学意义。   主要研究结果如下:   1.蜡质稀少突变体相对野生型,株高变矮,脆秆脆叶。通过两个遗传群体的调查发现,该突变体的蜡质稀少和脆秆性状分别受两对独立的隐性基因控制,是一个双突变体。通过和野生型回交,并且后代选择的方法,获得了蜡质稀少的纯合突变体wsl2。利用扫描电镜观察发现突变体叶片和叶鞘表皮蜡质晶体极度减少,透射电镜观察发现wsl2的皮层明显增厚,内充无定形结构的物质。叶绿素渗透实验表明wsl2缺失蜡质层后表皮渗透性明显增强,离体叶片失水率试验表明突变体非气孔失水率增加,苗期和分蘖期干旱实验表明wsl2对干旱极为敏感。GC-MS分析发现突变体植株的蜡质含量相对野生型显著降低,其中C22-C32脂肪酸,C28-C34醛,26-C32醇类和C23-C33链烷烃的减少均极显著,表明突变的基因可能参与了脂肪酸链的延伸。利用“突变体×南京11”的F2定位群体,分别定位了蜡质基因WSL2和脆秆基因BC(t)。   2.利用“突变体×南京11”的F2群体的2017无蜡质性状的突变单株,将WSL2基因定位于9号染色体长臂端30kb区间内,区间共有4个预测基因。测序分析发现ORF2(Os09g0426800,注释为WAX2-like蛋白)的第6外显子与内含子之间的剪切位点由GT突变成AT,突变体转录本引入了85bp的第6内含子序列,该内含子中存在TAA终止密码子,蛋白质翻译提前终止,造成WSL2功能丧失。   3.利用“突变体×南京11”的F2群体中脆秆性状的单株对bc(t)进行了初定位,确定BC(t)基因在5号染色体短臂的3.5Mb-4.5Mb区间内,该区间有已发表的脆秆基因BC10(Os05g0170000),测序分析发现BC(t)为BC10的等位突变,BC(t)基因第5外显子有C(AG)到T(AG)突变,造成翻译提前终止。穗茎节石蜡切片分析发现突变体厚壁组织细胞壁变薄,为脆秆突变体典型特征。   4.通过基因组互补和干扰实验证实了WSL2基因就是候选基因。对转启动子分析载体植株的GUS组织染色分析表明:叶、叶鞘、花中有强的GUS活性,茎也有弱的活性,但在根中没有活性。该结果与各组织半定量RT-PCR表达谱一致。亚细胞定位的结果表明:WSL2-GFP融合蛋白与内质网标记载体mcherry-KDEL在拟南芥和水稻的原生质体中都是共定位的,WSL2为内质网定位的蛋白。   5.过表达WSL2基因时发现过表达植株出现了类似wsl2的抑制表型。GC-MS分析发现:过表达植株蜡质不仅没有增多,反而减少。定量PCR检测过表达植株蜡质合成代谢相关基因的表达情况时发现:与拟南芥同源的调节基因OsCER7,以及脂肪酸延长复合体组成基因OsKCR1表达量都明显下降,可能是引起过表达植株蜡质减少的主要原因,因此推测WSL2可能参与调节脂肪酸延伸复合体。
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