水稻SUMO化修飾E3連接酶基因OsSIZ2調(diào)控水稻的生長發(fā)育和磷的吸收轉(zhuǎn)運.pdf

1、磷作為植物體所必需的大量元素之一，在其生長發(fā)育和代謝途徑中發(fā)揮著重要的作用。雖然土壤中總磷含量豐富，但是由于土壤中可利用的無機態(tài)磷極易被固定，因而它成為限制作物生長和產(chǎn)量的重要因素之一。在對磷信號調(diào)控通路的研究中，SUMO（small ubiquitin-related modifier）化日益成為研究的焦點，它是一種類似于泛素化的翻譯后修飾形式。SIZ（SAP and Miz finger domain）編碼SUMO化途徑中的E3連接

2、酶，它在很大程度上決定了靶蛋白的特異性。在模式植物擬南芥中，類泛素E3連接酶AtSIZ1可以通過對轉(zhuǎn)錄因子AtPHR1的修飾從而參與對低磷脅迫的響應(yīng)。在水稻中，OsSIZ1也參與調(diào)控響應(yīng)磷以及缺磷條件下根的發(fā)育和根構(gòu)型的形成。
　　本論文主要分析了水稻中另一個SUMO化E3連接酶基因OsSIZ2的功能。利用突變體ossiz2、OsSIZ2的RNAi干擾材料和超表達(dá)材料研究了OsSIZ2在水稻生長發(fā)育以及磷素的吸收轉(zhuǎn)運方面的功能。另

3、外，在研究中還以突變體ossiz1為對照，分析了兩個基因?qū)λ居绊懙牟煌Ｖ饕芯拷Y(jié)果如下:
　　1.通過定量PCR檢測分析，發(fā)現(xiàn)OsSIZ2在水稻不同發(fā)育時期的不同組織器官中均有表達(dá)，且在整個生長期各部位的表達(dá)趨勢基本一致，這說明了OsSIZ2參與了水稻的營養(yǎng)生長和繁殖過程。通過缺磷處理試驗，發(fā)現(xiàn)OsSIZ2在轉(zhuǎn)錄水平上對缺磷響應(yīng)不明顯。
　　2.OsSIZ2的缺失影響了水稻的生長和發(fā)育。與野生型相比，ossiz1、oss

4、iz2和OsSIZ2-Ri種子的萌發(fā)率和萌發(fā)速率有明顯下降。相對于OsSIZ2，OsSIZ1的缺失對種子萌發(fā)的影響更加明顯。在苗期，水培試驗發(fā)現(xiàn)ossiz2和OsSIZ2-Ri與野生型相比株高明顯變矮，生物量和根長也有明顯的下降。在花期，OsSIZ2影響水稻花藥壁的開裂和花粉活性。突變體ossiz2的單穗開裂花藥比例嚴(yán)重下降，花粉活性較野生型也有所下降。突變體的這些變化最終導(dǎo)致了結(jié)實率的明顯下降。OsSIZ1和OsSIZ2突變后對種子形

5、狀的影響不同，OsSIZ1突變導(dǎo)致種子變短變薄，而OsSIZ2突變導(dǎo)致種子變長變薄。通過檢測種子形狀相關(guān)基因的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，在目前的基因研究中，OsGS3可能在影響突變體ossiz1和ossiz2的種子形狀上發(fā)揮了主要的作用。這兩種突變體種子形狀的變化同時導(dǎo)致了千粒重的明顯下降。另外，OsSIZ2基因表達(dá)量的變化對株高、分蘗數(shù)、穗長、一級穗分枝數(shù)等都有所影響，這說明OsSIZ2對水稻的生長和發(fā)育有重要的作用。
　　3.OsSIZ2缺失

6、后，水稻體內(nèi)的磷濃度顯著提高。苗期OsSIZ2的沉默導(dǎo)致地上部和根部的磷濃度都有所上升，32P同位素試驗發(fā)現(xiàn)OsSIZ2的沉默可以增強水稻的吸收作用，但地上部和根部的磷分配比不變。這說明OsSIZ2調(diào)控了水稻磷的吸收和轉(zhuǎn)運。在成熟期雖然ossiz2和OsSIZ2-Ri對磷濃度影響程度不同，但OsSIZ2的缺失依然使水稻體內(nèi)磷濃度有明顯升高。灌漿期傷流液試驗不僅解釋了成熟期突變體各部位磷含量升高的原因，同時也證明了OsSIZ2的缺失可以提

7、高對磷的吸收。
　　4.缺失OsSIZ2后，受OsPHR2正調(diào)控的下游基因表達(dá)下調(diào)，那么OsSIZ2可能通過正調(diào)控OsPHR2來調(diào)控下游基因的表達(dá)。檢測Pht1家族基因發(fā)現(xiàn)，缺失OsSIZ2后OsPT1的表達(dá)有所上調(diào)，而其他部分Pht1家族基因表達(dá)沒有明顯的上升，這說明OsSIZ2的缺失導(dǎo)致水稻體內(nèi)磷濃度的升高可能是由于OsPT1的表達(dá)上調(diào)引起的。檢測突變體ossiz1和ossiz2中基因OsSIZ1和OsSIZ2的情況發(fā)現(xiàn)，突變