四个水稻油菜素内酯降解相关基因的功能研究

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油菜素内酯(Brassinosteroids,BR)是一类最初从油菜花粉中提纯的含有多羟基的甾醇类化合物,BR几乎在植物所有的生长发育及对环境适应的过程中都起着十分重要的作用。近年来,伴随着水稻结构基因组学、功能基因组学和生物信息学等相关学科的发展,BR的合成代谢及信号传导通路逐渐被解析,而水稻如何调控BR的降解还不是十分清楚。CYP734A2、CYP734A4、CYP734A5、CYP734A6属于同源基因,编码细胞色素P450单氧化酶,具有降解油菜素内酯的作用。本研究利用CYP734As多基因敲除突变体为研究材料,利用细胞学与分子生物学等研究方法,对油菜素内酯降解相关基因CYP734As进行功能研究。主要研究结果如下:1、突变体表型分析对突变体的株高、穗长、一级枝梗数、二级枝梗数、结实率、粒长、粒宽等农艺性状进行了考查,发现cyp734a2、cyp734a24、cyp734a25、cyp734a26、cyp734a245、cyp734a246、cyp734a256及cyp734a2456穗长显著变短,而其他突变组合穗长与野生型中花11相比无显著差异。cyp734a24育性显著降低,cyp734a245、cyp734a246与cyp734a2456完全不育。2、花药细胞学观察对cyp734a24和野生型的花药进行半薄切片,发现与野生型相比,cyp734a24花药变小,四个药室大小不均一,且花粉数目减少。利用扫描电镜观察cyp734a2与cyp734a24花药壁层结构,发现cyp734a2与cyp734a24花药外表皮角质层更为致密,而花药内表皮乌氏体结构排列稀疏。3、组织表达模式分析qRT-PCR结果显示CYP734As在幼根、茎节、叶片、叶枕、叶鞘、穗中均有表达。另外,GUS组织化学染色结果显示CYP734A2在花药与雌蕊中均有表达。4、亚细胞定位构建了CYP734As-GFP瞬时表达载体,转化水稻原生质体,结果表明CYP734As蛋白主要定位于内质网,与油菜素内酯合成部位相一致。5、突变体的差异表达分析对cyp734a2、cyp734a24、cyp734a2456和野生型3-6 mm颖花取样进行转录组测序,GO分析发现差异表达基因主要富集在孢粉素合成以及花粉外壁形成过程。qRT-PCR验证分析表明孢粉素合成相关基因OsPKS1、CYP703A3、CYP704B2、DPW与孢粉素转运基因OsABCG15、OsC6在cyp734a24 3-6 mm、cyp734a24 6-8 mm及cyp734a2456 6-8 mm颖花中的表达量显著低于野生型。
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