核质互作,即细胞质基因组(通常指叶绿体和线粒体基因组)和细胞核基因组之间的相互协作。通常被认为是真核生物塑造多样表型、提高生存竞争力和繁殖适度等的有效手段。Rubisco位于叶绿体的基质,是地球上最丰富的蛋白质,作用是固定CO2、参与光呼吸代谢途径和参与氮素循环。Rubisco由八个大亚基和八个小亚基组成。大亚基(LSU)由叶绿体基因rbcL编码,小亚基(SSU)由细胞核中的多基因家族rbcS编码。本研究以Rubisco为例,探讨了稻属3个具有BBCC物种基因组四倍体(Oryza malampuzhaensisryza、O.minuta和O.punctata)的核质互作特点和进化规律,其研究结果如下:一、利用rbcL和rbcS的DNA和CDS序列的直接比对,发现三个四倍体物种中rbcL只有一种拷贝且维持母系类型不变,而rbcS基因由5个基因分别编码,且全部发生倍增,即来自双亲B、C基因组的10个拷贝在进化过程中没有发生丢失,同时被保留下来。二、蛋白三维结构对比分析发现不同拷贝类型基因编码蛋白的互作表面并不相同,分析其原因是由于不同基因组间的氨基酸差异造成的。酵母双杂交的蛋白体外互作表明,在这些稻属四倍体中,rbcL和rbcS基因家族各成员倍增组分编码蛋白的互作强度大多具有显著性差异。除了四倍体O.punctata中rbcS2编码蛋白稍有不同之外,整体上来看,三个四倍体物种中rbcS的父本拷贝类型较其母本拷贝类型编码的蛋白与其母本的rbc L编码蛋白在体外的互作强度更高,显示了蛋白体外亲和度更倾向蛋白结构本身而与不同的细胞质环境无关。三、通过实时荧光定量PCR对二倍体和四倍体中rbcL和rbcS的表达进行研究,发现在四倍体中,核rbcS基因家族的不同成员以及每个成员的双亲倍增组分均存在偏差表达,其优势表达的基因成员及不同亲本拷贝类型在不同物种的不同组织、器官和发育阶段均没有一致性的规律。四、通过定量分析暗处理和光恢复后O.punctata-BB二倍体内rbcL和5个rbcS基因的表达水平,发现这些基因对光照时间敏感。五、我们对野生稻B、C基因组的二倍体、四倍体rbc S1序列分析结果来看,在转运肽区段均出现不同位置的碱基缺失,通过酵母双杂交实验可以验证rbcL和rbcS1之间可以互作,蛋白三维软件显示rbcS1和rbcS2-5基本三维结构相似,但其蛋白表面差异很大。