不同水稻品種開花后劍葉Rubisco穩(wěn)定性研究.pdf

1、Rubisco（核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶，EC4.1.1.39）是一個(gè)雙功能酶，既可以催化卡爾文循環(huán)中CO2的固定，又參與C3植物的光呼吸過程。高等植物的Rubisco的含量和活性決定光合作用功能并與基因型及生長(zhǎng)條件密切相關(guān)，影響產(chǎn)量與品質(zhì)的形成。植物Rubisco由大、小亞基組成，在不利生長(zhǎng)條件下易發(fā)生結(jié)構(gòu)解體。水稻劍葉是籽粒形成過程中光合產(chǎn)物供給的主要功能葉片，本研究試圖從Rubisco含量、活性、基因表達(dá)、亞基蛋白表達(dá)

2、、體外降解特征等幾個(gè)方面對(duì)不同基因型的Rubisco的穩(wěn)定性差異進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，以期為水稻Rubisco的功能穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、育種與栽培提供遺傳生理依據(jù)。
　　本研究選取日本晴(Nippobare)、N22、R49、ITA312四個(gè)水稻品種，對(duì)其灌漿過程的不同時(shí)期（花后5d、10d、15d和20d）劍葉的光合生理指標(biāo)、Rubisco酶活性、Rubisco大亞基和小亞基基因(rbcL和rbcS)轉(zhuǎn)錄表達(dá)、Rubisco大亞基蛋白表達(dá)的動(dòng)態(tài)

3、變化進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)Rubisco酶的體外降解條件進(jìn)行了初步探索。
　　主要研究結(jié)果如下:
　　1.Nippobare、N22、R49和ITA312四個(gè)品種的葉綠素含量、凈光合速率(Pn)、Rubisco活性在開花后5-20d階段大致呈下降變化趨勢(shì)，其變化幅度品種之間存在差異。Rubisco含量、Rubisco初始活力、Pn兩兩相關(guān)性均達(dá)0.9以上，且存在品種間差異，Nippobare的三個(gè)指標(biāo)的相關(guān)性較好。
　　2.

4、Rubisco大、小亞基基因表達(dá)趨勢(shì)一致，花后5-15d表達(dá)量增加，15d時(shí)達(dá)到最高，而后下降;而Rubisco含量在品種Nippobare和R49中逐漸下降，N22和ITA312中先升后降，在花后10d達(dá)到最大值。Rubisco基因表達(dá)與Rubisco含量趨勢(shì)不一致，推測(cè)Rubisco基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯不同步所致，也可能與品種及其對(duì)氮需求水平差異有關(guān)。rca在花后5d-10d上升表達(dá)，花后10d時(shí)達(dá)到最大表達(dá)量，而酶活性最高多發(fā)生在花后

5、5d時(shí)，可能由于Rubisco酶含量在第5d時(shí)有最大值而含量是決定活性的關(guān)鍵所導(dǎo)致的。
　　3.利用在線軟件對(duì)rbcL氨基酸序列(GenBankAccession:P0C510)進(jìn)行抗原決定簇預(yù)測(cè)并結(jié)合特性分析選擇一段有效的抗原多肽序列，成功制備了具有高效價(jià)的Rubisco大亞基特異抗體(anti-rbcL)。WesternBlot實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Nippobare和R49的Rubisco大亞基含量呈下降趨勢(shì)，而N22和ITA312

6、先升后降，與Rubisco含量測(cè)定結(jié)果趨勢(shì)一致。根據(jù)多序列比對(duì)結(jié)果可知，本抗體可應(yīng)用于小麥、油菜、玉米等Rubisco大亞基含量變化的檢測(cè)，并且得以驗(yàn)證。
　　4.Rubisco體外降解實(shí)驗(yàn)，選取Nippobare、R49、ITA312花后20d劍葉Rubisco粗酶液在33℃、pH5.0或5.5條件下處理0-4h，Rubisco發(fā)生降解，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，降解越明顯;20-50℃、pH5.0或5.5條件下處理2h，降解程度各異，

7、在30-35℃時(shí)降解最為明顯，超過45℃時(shí)Rubisco大亞基絕大部分降解了或未發(fā)生降解。SDS-PAGE和WesternBlot結(jié)果顯示Nippobare和ITA312的Rubisco大亞基較R49的更為穩(wěn)定。研究水稻Rubisco降解條件為進(jìn)一步研究水稻Rubisco對(duì)蛋白水解酶的敏感性奠定了基礎(chǔ)。
　　本結(jié)果中Rubisco大亞基的基因和蛋白表達(dá)水平可作為評(píng)價(jià)水稻葉片光合功能的重要參考指標(biāo)，所制備的rbcL抗體能快速準(zhǔn)確檢測(cè)