水稻yl1黃葉突變體的基因克隆與功能分析.pdf

1、水稻是世界主要糧食作物之一，通過篩選葉色變異突變體并克隆相關(guān)基因可以深入研究葉綠素代謝途徑及光合作用機(jī)制。探究提高水稻光合作用效率的機(jī)理，對增加水稻產(chǎn)量具有重要意義。
　　葉片是植物進(jìn)行光合作用的重要器官，是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。葉色變異突變體是植物最常見的變異類型之一，主要分為白化、黃化、淺綠、條紋、斑點五大類。導(dǎo)致葉色變異的原因包括葉綠素代謝受阻、葉綠體發(fā)育缺陷、質(zhì)核信號傳導(dǎo)受阻等，葉綠素合成受阻是其中一個重要因素。葉綠素是植物

2、光合作用的重要色素，主要包括葉綠素a、b等，具有捕獲光能，并將光能傳遞到反應(yīng)中心的作用。編碼催化葉綠素合成過程酶的基因突變，是導(dǎo)致葉綠素合成受阻的關(guān)鍵原因。作物葉色突變體不僅是研究葉綠素代謝機(jī)理、葉綠體發(fā)育機(jī)制、培育高光效新種質(zhì)的前提，而且可以作為性狀標(biāo)記，應(yīng)用于良種繁育及雜交育種。
　　我們從化學(xué)誘變劑EMS處理的粳稻品種Kitaake的突變體庫中，篩選得到黃葉突變體yl1，yl1突變體的株高、穗粒數(shù)、千粒重與野生型相比均降低。

3、yl1突變體葉片葉綠素b的含量顯著低于野生型葉片，并且yl突變體葉片葉綠體類囊體堆積變薄，淀粉粒數(shù)目明顯減少。遺傳分析表明，yl1黃葉表型由單隱型基因控制，圖位克隆定位突變基因為編碼葉綠素酸酯a氧化(chlorophyllidea oxygenase，OsCA O1，LOC_Os10g41780)基因發(fā)生堿基G到堿基A的點突變。同時，我們訂購了OsCAO1的T-DNA插入突變體yl2，yl2突變體葉色表現(xiàn)出與yl1相同的黃葉表型，并且葉

4、綠素b的含量與野生型相比顯著下降，這些表型說明yl1黃葉表型是由OsCAO1突變所引起的。序列分析表明OsCAO1突變位點位于催化功能域，且在不同物種之間高度保守;亞細(xì)胞定位驗證點突變沒有改變OsCAO1在葉綠體中的定位。這表明該位點可能是OsCAO1的酶活關(guān)鍵氨基酸位點。
　　此外，我們以O(shè)sCAO1為誘餌通過酵母雙雜交篩選得到與其互作的蛋白，其中包括OsCBSX3。OsCBSX3是只包含一個CBS結(jié)構(gòu)域的蛋白。CBS結(jié)構(gòu)域具有

5、維持細(xì)胞體內(nèi)氧化還原反應(yīng)平衡的作用。擬南芥中有6個CBSX，分別定位在不同細(xì)胞器。其中，AtCB SX1和AtCBSX2定位在葉綠體，具有保護(hù)細(xì)胞免光氧化脅迫影響的功能。水稻中有12個基因通過可變剪接編碼22個CBSX蛋白，其中OsCBSX3與AtCBSX1/AtCBSX2同源性最高，因此推測OsCBSX3可以保護(hù)水稻葉片免受光氧化損害。目前，只是初步經(jīng)過酵母體內(nèi)驗證OsCAO1可以與OsCBSX3互作，并且點突變發(fā)生后會影響OsCAO