發(fā)布時間：2020-11-21 01:54

　　 通過內(nèi)共生進(jìn)化而來的葉綠體,是植物光合作用的場所,為植物的生長發(fā)育提供能量,雖然在空間上,葉綠體有獨(dú)立于細(xì)胞核的遺傳系統(tǒng),但是該系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)是受細(xì)胞核控制的。PPR蛋白由核基因編碼,通過參與細(xì)胞器RNA代謝來調(diào)控細(xì)胞器基因的表達(dá)。在水稻基因組中,預(yù)測有491個基因編碼PPR蛋白。然而,絕大多數(shù)基因的功能仍然未知。在我們的研究中,通過對EMS誘變突變體庫的遺傳篩選,鑒定到了一個中花11(ZH11)背景的淡綠葉突變體pgl12,該突變體苗期葉片葉色表現(xiàn)為黃綠色,隨著植株的生長,逐漸變成淡綠色,通過農(nóng)藝性狀調(diào)查和遺傳分析,運(yùn)用圖位克隆的方法,克隆了導(dǎo)致突變體變異性狀的基因PGL12,并解析了其可能的分子生物學(xué)功能,主要研究結(jié)果如下:1.與ZH11相比,pgl12的葉綠素含量顯著降低,尤其是苗期的葉綠素含量;葉片葉肉細(xì)胞的葉綠體數(shù)量少,類囊體雖可見,但是排列不規(guī)則,層狀不清晰。溫度處理實驗表明,pgl12是一個溫度敏感型突變體,在35℃時,葉片黃化,而在20℃低溫下,則表現(xiàn)出白化,幾乎檢測不到葉綠素含量;葉綠體發(fā)育異常,只有少數(shù)幾個受到破壞的含不規(guī)則排列空腔的葉綠體。這些結(jié)果表明,PGL12蛋白對葉綠體的發(fā)育是必須的。2.pgl12光合速率顯著低于ZH11,分蘗數(shù)、株高、穗長、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、每穗粒數(shù)等也均顯著低于ZH11,這表明PGL12的突變導(dǎo)致產(chǎn)量顯著降低。3.正反交遺傳分析表明pgl12的淡綠葉表型是受單個隱性細(xì)胞核基因控制的。以NJ06為父本,與pgl12配組獲得的F_2作為定位群體,將PGL12定位于水稻12號染色體上新開發(fā)的分子標(biāo)記YS22和YS24之間約100kb的物理距離范圍內(nèi),該區(qū)間內(nèi)有14個預(yù)測的開放閱讀框(ORFs)。通過測序比對發(fā)現(xiàn),pgl12的第8個ORF,即LOC_Os12g10184基因上的第1681位的C→T堿基,導(dǎo)致編碼谷氨酰胺的密碼子變?yōu)榻K止密碼子。轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)實驗表明LOC_Os12g10184確實為PGL12,其突變導(dǎo)致pgl12呈現(xiàn)出突變表型。4.PGL12編碼一個由17個PPR基序組成的PLS類PPR蛋白,在水稻的所有組織中均有表達(dá),其中,葉片中表達(dá)量最高,且老葉比新葉表達(dá)量高。亞細(xì)胞定位表明,PGL12蛋白是一個定位在葉綠體中的PPR蛋白,而與葉綠體遺傳系統(tǒng)相關(guān)基因的表達(dá)分析發(fā)現(xiàn),pgl12中NEP依賴的基因顯著上調(diào),而除了16S rRNA基因外,其他絕大多數(shù)檢測的與翻譯裝置相關(guān)的基因表達(dá)量也都上調(diào)。這些結(jié)果表明PGL12蛋白是一個新的PPR蛋白,其突變影響葉綠體發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)。5.RNA凝膠印跡實驗顯示在pgl12中,有大量未加工的16S rRNA前體積累,這表明PGL12蛋白對于16S rRNA的加工是必須的。6.通過RT-PCR,對葉綠體中23個編輯位點的RNA編輯分析和18個內(nèi)含子的剪接分析發(fā)現(xiàn),pgl12的RNA編輯與ZH11類似,并未受影響,但是ndhA基因的剪接效率顯著降低,這表明PGL12蛋白參與調(diào)控葉綠體基因ndhA轉(zhuǎn)錄本內(nèi)含子的剪接。7.PGL12蛋白與在水稻中已報道的影響ndhA剪接效率的OsPPR4、WSL4和WSP1三個蛋白的酵母雙雜交實驗發(fā)現(xiàn),PGL12只與WSP1蛋白在酵母中存在互作,這表明ndhA的剪接或許是受復(fù)合體介導(dǎo)的。
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S511
【部分圖文】：

的物種或組織器官間，發(fā)育過程又有差異。在不同的物種間，如綠體的分化發(fā)育是從前質(zhì)體開始直接發(fā)育成成熟的葉綠體，或經(jīng)后再發(fā)育形成成熟的葉綠體，是一個短時間的過程（Pogson a而在單子葉植物的葉綠體分化發(fā)育過程中并沒有白色體的形成（，但葉綠體發(fā)育的不同階段在整個生命過程中都能觀察到（K在不同組織器官間的發(fā)育過程也存在差異，如擬南芥子葉和真葉南芥 var 和 im 突變體的真葉黃化而子葉為綠色（Liu et al 2010）的真葉為正常綠色而子葉呈現(xiàn)黃化或白化（Shimada et al 2007,。正是基于對許多不同葉色突變體的研究，才使得對葉綠體的發(fā)物學(xué)上的變化過程有了更深的認(rèn)識，主要包括細(xì)胞核基因的轉(zhuǎn)錄錄、蛋白的輸入和加工、色素的合成、葉綠體對細(xì)胞核的逆向信分裂等六個方面（Pogson and Albrecht 2011），如圖 1.1。

有研究者運(yùn)用生物信息學(xué)方法對擬南芥中可能定位于蛋白進(jìn)行全基因組掃描時，發(fā)現(xiàn)了一類很大的基因家族，該家族排列的、簡并的由 35 個氨基酸組成的重復(fù)基序。該特征與已報道然而，用該特征序列掃描全基因組所獲得的基因與用TPR基序掃沒有重疊，表明其與TPR基序存在顯著的差異，為了與TPR基序PR基序，相應(yīng)的蛋白則稱為PPR蛋白（Small and Peeters 2000）。有真核生物中，原核生物中幾乎不存在，并且在動物中較少，植中又在苔蘚等低等植物中較少，而在陸地植物中顯著增多（Lurinnd Small 2014）。如圖（1.2）所示果蠅和人類中分別只有 2 個和 植物小立碗蘚中大約有 105 個，水稻和擬南芥中擴(kuò)大到均含有 45卷柏中則顯著擴(kuò)大到 1000 多個（Lurin et al 2004, O'Toole Linneweber and Small 2008, Cheng et al 2016, Ito et al 2018）。

據(jù)所組成的基序的不同，將PPR蛋白分成P類和PLS類：P類蛋白是指只含有由 35 個氨基酸組成的P基序的蛋白，而PLS類蛋白則是指含有P、L和S類基序的蛋白。對于PLS類蛋白來說，其C末端常包含三種特殊的結(jié)構(gòu)域：E、E+和DYW（圖 1.5），因此，根據(jù)其所含結(jié)構(gòu)域的不同，PLS類蛋白又進(jìn)一步分為 4 個亞類，分別為C末端不包含任何特殊結(jié)構(gòu)域的PLS亞類、含有E結(jié)構(gòu)域的E亞類、含E+結(jié)構(gòu)域的E+亞類以及含DYW結(jié)構(gòu)域的DYW亞類（圖 1.6）（Lurin et al 2004）。近來，隨著越來越多的植物基因組的公布，PPR蛋白的分類也有了新的進(jìn)展，通過分析 41 個不同的陸地植物基因組的PPR蛋白基序，運(yùn)用結(jié)構(gòu)建模的方法重新定義了 10 個PPR基序的變異子：P、P1、P2、L1、L2、S1、S2、SS、E1 和E2（圖 1.7），同時PPR蛋白的分類也作了修正，根據(jù)所組成的PPR基序的不同重新細(xì)分為，P類：PPR蛋白包含P亞類和P+亞類，PLS類：PPR蛋白包含PLS亞類、E1 亞類、E2 亞類、E+亞類、DYW亞類以及含SS基序的兩個不同分布形式的亞類（圖 1.8）（Cheng et al 2016）。
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陳龍;水稻淡綠葉基因PGL12的克隆與功能分析[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2019年

本文編號：2892338