OsMOB1基因家族在水稻生长发育中的作用研究

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Hippo信号通路是一个由蛋白激酶及转录共激活因子等组成的级联信号转导过程,在个体生长发育中具有重要作用,包括细胞的生长、增殖及凋亡。MOB(Mps One Binder)蛋白是Hippo信号通路的核心组分之一,是一个激酶调节因子,参与细胞周期调控和器官大小控制。MOB基因非常保守,从低等生物到高等动物、植物中都有其同源基因,并且在不同物种中都具有重要作用。  最近本实验室用果蝇的MOB基因转入拟南芥ncp1/atmob1a突变体可以恢复其发育缺陷,进一步说明MOB蛋白在物种间的保守性。有关MOB蛋白功能在果蝇、哺乳动物及人类中已有较多研究,而植物中仅在烟草、苜蓿和拟南芥等双子叶植物中有报道。因此,本文对MOB基因在单子叶植物水稻生长发育中的作用进行了初步分析。  首先通过同源比对的方法,用AtMOB1A蛋白的氨基酸序列寻找水稻MOB1同源蛋白,发现在水稻中OsMOB1蛋白家族有4个成员,将其命名为OsMOB1A、OsMOB1B、OsMOB1C和OsMOB1D。它们都含有一个Mob结构域,各成员之间的氨基酸序列相似度高达99%。  为了研究OsMOB1基因的表达模式,通过构建基因启动子驱动GUS报告基因表达载体,转化水稻愈伤获得转基因植株。GUS染色分析表明pOsMOB1B∷GUS和pOsMOB1C∷GUS基因的表达模式上既有相似性又有特异性:在水稻根、茎、叶、节、花中都有表达,其中pOsMOB1B∷GUS表达相对较强。在pOsMOB1A∷GUS和pOsMOB1D∷GUS转基因株系中都没有检测到GUS信号,可能转基因植株中的GUS报告基因表达沉默,或者是这两个基因的调控序列不仅仅在起始密码子上游2.5kb范围内。  为了分析OsMOB1B和OsMOB1C蛋白的亚细胞定位,通过构建基因CDS的N端融合绿色荧光蛋白GFP报告基因的表达载体,转化水稻原生质体后发现OsMOB1B-GFP和OsMOB1C-GFP蛋白都定位在细胞核上,两者表达都比较弱。  为研究OsMOB1基因在水稻生长发育中的作用,通过TILLING技术和CRISPR/Cas9技术,分别获得了OsMOB1A、OsMOB1B、OsMOB1C、OsMOB1D基因功能缺失突变体。osmob1a突变体有明显的发育缺陷:植株矮小、叶片墨绿色、花序变短、花序枝梗顶端优势不明显、没有明显的第一枝梗、小花形态各异、花粉粒活性大大降低。osmob1b和osmob1c突变体在生长发育过程中没有明显的发育缺陷。osmob1d突变体只在内含子上有碱基缺失,植株也没有明显的发育缺陷。这些结果说明,该基因家族成员之间可能存在功能冗余性。  综上所述,OsMOB1基因家族在水稻生长发育中具有重要作用,但该家族每个成员的贡献具有一定差异,OsMOB1A可能起主要作用,体现在调控水稻株高、育性等方面起。这些发现为研究MOB在植物中的作用提供了一个新的突破口。
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