發(fā)布時間：2020-11-21 01:54

　　 通過內共生進化而來的葉綠體,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,葉綠體有獨立于細胞核的遺傳系統(tǒng),但是該系統(tǒng)的運轉是受細胞核控制的。PPR蛋白由核基因編碼,通過參與細胞器RNA代謝來調控細胞器基因的表達。在水稻基因組中,預測有491個基因編碼PPR蛋白。然而,絕大多數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為黃綠色,隨著植株的生長,逐漸變成淡綠色,通過農藝性狀調查和遺傳分析,運用圖位克隆的方法,克隆了導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功能,主要研究結果如下: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;葉片葉肉細胞的葉綠體數量少,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,只有少數幾個受到破壞的含不規(guī)則排列空腔的葉綠體。這些結果表明,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、株高、穗長、一次枝梗數、二次枝梗數、每穗粒數等也均顯著低于ZH11,這表明PGL12的突變導致產量顯著降低。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)的分子標記YS22和YS24之間約100kb的物理距離范圍內,該區(qū)間內有14個預測的開放閱讀框(ORFs)。通過測序比對發(fā)現,pgl12的第8個ORF,即LOC_Os12g10184基因上的第1681位的C→T堿基,導致編碼谷氨酰胺的密碼子變?yōu)榻K止密碼子。轉基因互補實驗表明LOC_Os12g10184確實為PGL12,其突變導致pgl12呈現出突變表型。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,其中,葉片中表達量最高,且老葉比新葉表達量高。亞細胞定位表明,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)相關基因的表達分析發(fā)現,pgl12中NEP依賴的基因顯著上調,而除了16S rRNA基因外,其他絕大多數檢測的與翻譯裝置相關的基因表達量也都上調。這些結果表明PGL12蛋白是一個新的PPR蛋白,其突變影響葉綠體發(fā)育相關基因的表達。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個內含子的剪接分析發(fā)現,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蛋白參與調控葉綠體基因ndhA轉錄本內含子的剪接。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,PGL12只與WSP1蛋白在酵母中存在互作,這表明ndhA的剪接或許是受復合體介導的。
【學位單位】：華中農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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)育是從前質體開始直接發(fā)育成成熟的葉綠體，或經后再發(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)物學上的變化過程有了更深的認識，主要包括細胞核基因的轉錄錄、蛋白的輸入和加工、色素的合成、葉綠體對細胞核的逆向信分裂等六個方面（Pogson and Albrecht 2011），如圖 1.1。

有研究者運用生物信息學方法對擬南芥中可能定位于蛋白進行全基因組掃描時，發(fā)現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，水稻和擬南芥中擴大到均含有 45卷柏中則顯著擴大到 1000 多個（Lurin et al 2004, O'Toole Linneweber and Small 2008, Cheng et al 2016, Ito et al 2018）。

據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構域：E、E+和DYW（圖 1.5），因此，根據其所含結構域的不同，PLS類蛋白又進一步分為 4 個亞類，分別為C末端不包含任何特殊結構域的PLS亞類、含有E結構域的E亞類、含E+結構域的E+亞類以及含DYW結構域的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展，通過分析 41 個不同的陸地植物基因組的PPR蛋白基序，運用結構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，根據所組成的PPR基序的不同重新細分為，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】

相關博士學位論文 前1條

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

本文編號：2892338