水稻OsNaPRT1基因的突變抑制NAD補(bǔ)償途徑和導(dǎo)致葉尖枯萎的分子機(jī)理研究.pdf

1、水稻是單子葉植物研究的模式作物，其產(chǎn)量相關(guān)的重要農(nóng)藝性狀歷來(lái)是研究的重點(diǎn)目標(biāo)。同時(shí)，水稻作為植物體，也是由“源”和“庫(kù)”這兩部分構(gòu)成的。水稻葉片作為進(jìn)行光合作用、制造有機(jī)能源物質(zhì)的代謝源，它的發(fā)育狀況與水稻終產(chǎn)量緊密相關(guān)。水稻葉片的過(guò)早衰老對(duì)植株的生長(zhǎng)和產(chǎn)量具有不可忽視的影響。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸在生物體細(xì)胞的氧化還原反應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用，同時(shí)，生物體細(xì)胞內(nèi)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的含量需要維持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)以免引起細(xì)胞的死亡。雖然已有

2、大量的影響葉片衰老的因素被研究，但是與植物體內(nèi)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD：Nicotinamide adenine dinucleotide）合成途徑相關(guān)因素和分子調(diào)控機(jī)理卻鮮有報(bào)道。
　　我們?cè)诒狙芯恐锌寺×艘粋€(gè)調(diào)控水稻葉片衰老的相關(guān)基因LTS1（Leaf Tip Senescence1），這個(gè)基因編碼NAD補(bǔ)償合成途徑中的一個(gè)關(guān)鍵限速酶—煙酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（OsNaPRT1:Oryza sativa nicotinate p

3、hosphoribosyltransferase1）。OsNaPRT1基因的點(diǎn)突變導(dǎo)致水稻出現(xiàn)矮稈和葉尖枯萎的表型，與野生型日本晴植株相比，突變體的葉片表現(xiàn)出過(guò)早的衰老。針對(duì)這些表型，我們通過(guò)細(xì)胞學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)以及轉(zhuǎn)錄組分析等試驗(yàn)方法，剖析了其突變表型的內(nèi)部生化和分子機(jī)理。主要研究結(jié)果如下：
　　1.lts1突變體在田間萌發(fā)后4周開(kāi)始出現(xiàn)葉尖枯的表型，分蘗期表型最為明顯，隨著植株生長(zhǎng)，突變體枯萎的葉尖逐漸皺縮。透射電鏡觀

4、察發(fā)現(xiàn)：突變體葉肉細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)大量嗜鋨顆粒；
　　2.Western-blot試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)lts1突變體中OsNaPRT1蛋白表達(dá)水平明顯下降，且OsNaPRT1蛋白酶活性與野生型相比也降低；
　　3.實(shí)時(shí)熒光定量PCR試驗(yàn)表明，OsNaPRT1基因在水稻各個(gè)組織器官?gòu)V泛表達(dá)。其中，葉片部表達(dá)量最高，其次是葉鞘和穗部，在莖稈和根部的表達(dá)量則較低；并且，突變體較野生型而言，體內(nèi)OsNaPRT1基因的表達(dá)水平在植株發(fā)育的各個(gè)時(shí)期都較為

5、一致。OsNaPRT1蛋白亞細(xì)胞定位于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜上；
　　4.lts1突變體的葉肉細(xì)胞中表現(xiàn)出明顯的DNA片段化和過(guò)氧化氫產(chǎn)物的積累，同時(shí)，衰老相關(guān)基因的表達(dá)量出現(xiàn)不同程度的上調(diào)；
　　5.lts1突變體的葉片中煙酸和煙酰胺的含量較野生型而言明顯增多，而NAD的含量則有所減少。突變體中煙酸的積累能夠有效抑制植株的生長(zhǎng)，從而造成矮稈的表型；而突變體中煙酰胺的積累則能夠抑制OsSRTs基因的表達(dá)，導(dǎo)致組蛋白H3K9乙