水稻OsMPEC基因及擬南芥脅迫誘導(dǎo)microRNA的分離及其功能分析.pdf

1、OsMPEC是從水稻中分離的新基因,它所編碼的蛋白質(zhì)含有一個(gè)堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域及一個(gè)[EXnDEXRH]2基序。同時(shí),從高等植物到微生物,均發(fā)現(xiàn)了其同源基因的存在,如擬南芥(Arabidopsis thaliana)、裂葉牽牛(Pharbitis nil)、大戟(Euphorbia esula)、綠藻(Chlamydomonas renhardtii)、紫色細(xì)菌(Rubrivivaxgelatinosus)等。這類基因在高等植物之間保

2、守性很高,在能進(jìn)行光合作用的微生物(如綠藻、紫色細(xì)菌等)中也具有相當(dāng)高的保守性。通過在紫細(xì)菌、擬南芥和大麥中同源基因的研究初步證明該類基因編碼葉綠素合成途徑中的關(guān)鍵酶-鎂原卟啉甲酯環(huán)化酶,在光合生物中發(fā)揮重要作用。但目前有關(guān)該基因在分子生物學(xué)水平的研究還很初步,有許多問題尚待解決,因此對(duì)該基因表達(dá)特性進(jìn)行深入研究,闡明其作用機(jī)制具有非常重要的意義。 本實(shí)驗(yàn)室已從多種植物中克隆到OsMPEC同源基因,本課題選取重要糧食作物水稻作為

3、研究材料,對(duì)OsMPEC基因在多種脅迫條件下的表達(dá)情況進(jìn)行了檢測,并通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)其功能進(jìn)行了初步分析,主要結(jié)果如下： 1.通過同源比對(duì),從水稻基因組序列中檢索到水稻OsMPEC全序列,該基因全長2559bp,5’和3’非編碼區(qū)分別長38bp和679bp,共有四個(gè)內(nèi)元。其中編碼區(qū)長1227bp,編碼一個(gè)409aa的多肽,推斷其分子量為47.3KD。OsMPEC與PNZIP,NTZIP, CHL27和Xantha-ι基因分別具有

4、79.17％,78.19％,78.83％和87.08％的同源性,通過對(duì)它們氨基酸序列的比較發(fā)現(xiàn),這些基因所編碼的氨基酸序列中含有兩個(gè)EXnDEXRH基序及一個(gè)保守的亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)。 2.Northern雜交分析表明OsMPEC表達(dá)呈組織特異性,在葉片中表達(dá)量最高,莖中表達(dá)量稍低,在根中則幾乎檢測不到它的表達(dá)。 3.高溫和低溫處理均可以誘導(dǎo)OsMPEC基因表達(dá),序列分析發(fā)現(xiàn)在該基因啟動(dòng)子中存在多個(gè)脅迫響應(yīng)元件,如ABREs

5、(ABA-response elements)、 AREs(anaerobicinduction elements)和TC-rich repeats(defense and stress responsive elements)。 4.缺氧脅迫、缺鐵脅迫和銅脅迫均可以明顯抑制OsMPEC基因的表達(dá),同時(shí)相應(yīng)處理下水稻幼苗中葉綠素的含量也發(fā)生明顯降低,這說明適當(dāng)?shù)腇e,Cu和O2濃度對(duì)維持OsMPEC基因的正常表達(dá)非常重要。

6、 5.轉(zhuǎn)正義基因植株無論在萌發(fā)、生長過程、種子數(shù)目及葉綠素含量上均與野生型水稻沒有明顯區(qū)別。但轉(zhuǎn)反義OsMPEC的水稻幼苗普遍呈現(xiàn)不同程度的褪綠表型,從黃綠色至黃色不等,并且大部分反義株系植株的后代都出現(xiàn)萌發(fā)及生長緩慢的特征,-些OsMPEC的表達(dá)受到嚴(yán)重抑制的株系在萌發(fā)后不久即枯黃死亡。這些結(jié)果證明,OsMPEC基因表達(dá)量的減少導(dǎo)致了轉(zhuǎn)反義基因植株葉綠素含量的降低,造成褪綠和生長遲緩的表型。 6.生理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明轉(zhuǎn)反義基因植