水稻胚胎發(fā)生相關(guān)基因的表達(dá)及其功能鑒定.pdf

1、高等植物在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中有著不同的分化方向,單、雙子葉植物在雙受精后的胚胎發(fā)生過(guò)程中產(chǎn)生了不同的發(fā)生模式。近年來(lái),盡管人們以擬南芥為材料,通過(guò)大量突變體及轉(zhuǎn)錄因子的研究,對(duì)植物胚胎發(fā)生的分子基礎(chǔ)有了比較深入的認(rèn)識(shí),但對(duì)單子葉植物胚發(fā)育的機(jī)制了解甚少。本研究利用水稻作為研究材料,通過(guò)對(duì)與擬南芥胚胎發(fā)生關(guān)鍵基因高度同源水稻cDNA序列的半定量RT-PCR分析,初步確認(rèn)水稻胚胎發(fā)生相關(guān)基因的時(shí)空表達(dá)模式。在此基礎(chǔ)上,以WOX類轉(zhuǎn)錄因子為研究

2、重點(diǎn),對(duì)OsWOX2、OsWOX4基因的表達(dá)及功能進(jìn)行了分析,以研究它們?cè)谒九咛グl(fā)生過(guò)程中的作用。主要結(jié)果如下： 1.通過(guò)半定量RT-PCR及原位雜交分析,我們分析了12類水稻胚胎發(fā)生相關(guān)基因的表達(dá),發(fā)現(xiàn)單、雙子葉植物胚胎發(fā)生關(guān)鍵基因的表達(dá)模式具有較高的相似性,說(shuō)明它們?cè)诼L(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中可能起到功能相似的作用。同時(shí),與擬南芥中已有資料相似,水稻胚胎發(fā)生過(guò)程中重要基因的表達(dá)多數(shù)受到生長(zhǎng)素調(diào)節(jié),說(shuō)明生長(zhǎng)素信號(hào)在單子葉植物的胚胎模式

3、建成過(guò)程中同樣起到了重要的作用。 2.水稻基因組中共有12個(gè)WUSCHEL related homebox(WOX)開放閱讀框,同源性比較分析發(fā)現(xiàn),水稻W(wǎng)OX基因家族成員編碼的蛋白含有保守的HD結(jié)構(gòu)域及下游WUS-BOX氨基酸殘基,OsWOX homeodomain(HD)保守域與WUS蛋白HD保守區(qū)域的同源性分別達(dá)到36.36％到77.27％,聚類分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)OsWOX與單子葉植物玉米、短柄草WOX類基因具有較近的親緣關(guān)系。通

4、過(guò)半定量RT-PCR和原位雜交分析,發(fā)現(xiàn)水稻W(wǎng)OX基因家族成員皆在細(xì)胞活動(dòng)旺盛的區(qū)域表達(dá)。 3. OsWOX2蛋白HD保守域與擬南芥WUS蛋白HD保守域的同源性為66.67％,與WOX2蛋白HD保守域的同源性為73.85％。亞細(xì)胞定位發(fā)現(xiàn),OsWOX2-GFP蛋白在整個(gè)洋蔥細(xì)胞中均有信號(hào)。OsWOX2基因主要在水稻幼嫩組織中細(xì)胞分裂旺盛的區(qū)域表達(dá),在發(fā)育早期的胚、莖端分生組織和根端分生組織干細(xì)胞以外區(qū)域、葉原基、莖居間分生組織及

5、幼嫩花器官中均可檢測(cè)到OsWOX2基因mRNA的大量積累,當(dāng)器官逐漸發(fā)育成熟時(shí),OsWOX2基因的表達(dá)水平則逐漸降低。抑制OsWOX2基因的表達(dá)引起轉(zhuǎn)基因植株株型矮化；葉中泡狀細(xì)胞發(fā)育異常導(dǎo)致葉片基部嚴(yán)重皺褶；成熟葉片較野生型葉片寬大,葉脈紊亂且數(shù)目增多；葉鞘抱莖松散,單蘗高節(jié)位休眠芽繼續(xù)發(fā)育,導(dǎo)致多次分蘗的產(chǎn)生；穗的各級(jí)枝梗分化沒(méi)有明顯變化,花器官數(shù)目正常,但雌、雄配子體發(fā)育受到嚴(yán)重影響,表現(xiàn)出嚴(yán)重的不育現(xiàn)象。轉(zhuǎn)基因植株中OsWOX2

6、基因的表達(dá)水平均有不同程度的降低。OsWOX2基因抑制表達(dá)植株影響了水稻葉片的形態(tài)發(fā)生,促進(jìn)了水稻莖居間分生組織的活動(dòng),且抑制了花器官的正常發(fā)育過(guò)程。 4.OsWOX4蛋白homeodomain(HD)保守域與擬南芥、玉米HD保守域的同源性高達(dá)80.00％。OsWOX4基因在除莖端分生組織L2層細(xì)胞以外細(xì)胞活動(dòng)旺盛的根尖、莖端分生組織、幼胚、幼葉及幼嫩花序中表達(dá),而且在成熟胚的莖端分生組織及根端分生組織中有較強(qiáng)的mRNA的積累。