水稻三個(gè)花器官發(fā)育關(guān)鍵基因和一個(gè)SUPERMAN-like基因的功能和表達(dá)分析.pdf

1、開(kāi)展植物生殖發(fā)育(特別是花器官發(fā)育)的遺傳基礎(chǔ)研究，在理論和實(shí)踐上都具有重要的意義。利用三種水稻花器官發(fā)育突變體，本研究分析了水稻三個(gè)花器官發(fā)育關(guān)鍵基因SNG(Supper-Number Glume)、OsMADS6和OsJAG的表達(dá)和功能。此外，對(duì)一個(gè)與擬南芥花器官發(fā)育關(guān)鍵基因SUPERMAN類似的水稻基因ZOS2-01也進(jìn)行了表達(dá)與功能分析。主要結(jié)果如下：
　　 1、SNG的研究：突變體sng的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和花序發(fā)育均正常，但小

2、穗明顯畸形、膨大。在內(nèi)外稃發(fā)育的早期，sng的花器官原基發(fā)育方向發(fā)生了改變，其漿片、雄蕊和雌蕊完全退化，而形成多輪呈對(duì)稱分布的增生稃片，這些增生稃片的中央有一個(gè)明顯向上延伸的柄，因而呈現(xiàn)典型的“花中花”表型。由此推測(cè)SNG是一個(gè)控制水稻花器官原基發(fā)育起始與分生組織確定性的關(guān)鍵基因。精細(xì)定位已將SNG的候選基因確定為兩個(gè)磷酸酯酶基因SNG1和SNG2。定量PCR和GUS表達(dá)分析表明，SNG1在檢測(cè)的各個(gè)組織部位都有表達(dá)；SNG2在水稻葉和

3、幼穗中表達(dá)較強(qiáng)，其它部位表達(dá)較弱。遺傳互補(bǔ)試驗(yàn)表明，SNG2能使突變體花器官基本恢復(fù)正常。因此確認(rèn)SNG2為SNG基因。亞細(xì)胞定位顯示，SNG1和SNG2都定位在細(xì)胞核內(nèi)。定量PCR分析花器官特征基因的表達(dá)結(jié)果表明，突變體中A類基因明顯上調(diào)，而B(niǎo)類和C類以及E類的OsMADS7/8和AGL6類基因的表達(dá)皆明顯下調(diào)。原位雜交的結(jié)果也表明，OsMADS7/8主要在類稃片原基表達(dá)，而OsMADS6/17/3在類稃片原基中表達(dá)很弱。推測(cè)SNG可

4、能直接或間接調(diào)控B類、C類以及AGL6-like基因的表達(dá)。
　　 2、OsJAG的研究：Osjag突變體的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)基本正常，但四輪花器官都發(fā)生了明顯變異。雖然Osjag的四輪花器官原基都能夠在正確的位置起始發(fā)育，但它們的發(fā)育方向卻發(fā)生了改變，最明顯的改變就是6枚雄蕊均同源轉(zhuǎn)化為雌蕊。精細(xì)定位將OsJAG候選基因確定為一個(gè)單C2H2鋅指基因。互補(bǔ)試驗(yàn)證實(shí)該基因就是OsJAG基因。用定量PCR和原位雜交分析花器官特征基因的表達(dá)，結(jié)

5、果表明，C類基因OsMADS3/58、DL基因和OsMADS6的表達(dá)明顯上調(diào)，表達(dá)區(qū)域也由第四輪擴(kuò)展到第三輪；而OsMADS17表達(dá)卻明顯下調(diào)。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明，OsJAG可能負(fù)調(diào)控OsMADS3/58、DL以及OsMADS6基因的表達(dá)。
　　 3、OsMADS6的研究：Osmads6的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和花序發(fā)育均正常，但小穗明顯畸形、膨大。雖然Osmads6的各花器官原基都能夠在正確的位置起始發(fā)育，但發(fā)育方向卻發(fā)生了改變，內(nèi)稃、漿片、雄蕊

6、和心皮均同源轉(zhuǎn)化成外稃或外稃狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)花的決定性喪失。這說(shuō)明OsMADS6是一個(gè)控制水稻花器官發(fā)育和分生組織確定性的關(guān)鍵基因。OsMADS17也是一個(gè)AGL6-like基因，但對(duì)它進(jìn)行RNA干擾并沒(méi)有觀察到異常的表型。將OsMADS17的RNAi載體轉(zhuǎn)到Osmads6突變體中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株(雙突變體)的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)嚴(yán)重受阻，不能分化出花器官。定量PCR分析表明，A類基因在雙突變體中表達(dá)顯著下調(diào)，而OsMADS1的表達(dá)卻明顯上調(diào)。該結(jié)

7、果說(shuō)明，雙突變體的表型可能是由于A類基因下調(diào)和OsMADS1基因上調(diào)引起的。
　　 4、ZOS2-01的研究：根據(jù)擬南芥SUPERMAN(SUP)基因的功能結(jié)構(gòu)域，從水稻中克隆了一個(gè)SUP類似基因ZOS2-01。定量PCR分析表明，ZOS2-01幾乎在所有組織和器官中表達(dá)，但在幼穗中的表達(dá)量最高。這暗示ZOS2-01可能在水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖發(fā)育中起作用。然而，采用RNA干擾和過(guò)量表達(dá)的方法減少或增加ZOS2-01的表達(dá)并沒(méi)有影響