OsMADS1、OsMADS5和OsMADS34基因相互作用調(diào)控水稻花器官發(fā)育的研究.pdf

1、水稻是被子植物中最大的開花植物科之一，進(jìn)化出了獨(dú)特的不同于雙子葉植物和其他單子葉植物的花形和生殖器官，其形態(tài)建成和后續(xù)發(fā)育直接影響到物種的后代繁殖。另一方面，水稻是禾本科的重要栽培谷物，其產(chǎn)量直接受生殖器官的正確起始及形態(tài)建成的影響。因此，對(duì)水稻等農(nóng)作物花器官發(fā)育分子調(diào)控機(jī)理的研究具有非常重要的理論和實(shí)際應(yīng)用意義。
　　近年來(lái)，關(guān)于水稻花器官發(fā)育分子調(diào)控機(jī)理的研究越來(lái)越多，但關(guān)于水稻E類基因間的相互調(diào)控機(jī)制并未得到深入研究。通過(guò)對(duì)

2、擬南芥等模式植物的研究表明，控制花器官的發(fā)育主要由A、B、C、D和E類基因互作，其中E類基因可以和其它類型MADS box蛋白互作，形成蛋白復(fù)合體。OsMADS1、OsMADS5、OsMADS34這三個(gè)基因是水稻中的SEP-LIKE基因，均屬于E類基因。本實(shí)驗(yàn)采用遺傳學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)的方法研究了這三個(gè)基因在水稻花器官發(fā)育中的相互作用機(jī)制，并得到以下主要研究結(jié)果:
　　1.通過(guò)反向遺傳學(xué)的方法，我們鑒定到基因OsMADS5的

3、突變體osmads5-3。經(jīng)序列分析結(jié)果表明，突變體osmads5-3在OsMADS5基因第七個(gè)外顯子處有一段T-DNA插入。觀察osmads5-3突變體表型，除雄蕊有輕微彎曲外，其余花器官均正常。表達(dá)模式分析表明:OsMADS5在小穗及小花原基處有較強(qiáng)表達(dá);在小花sp6和sp8時(shí)期的心皮處發(fā)現(xiàn)有較強(qiáng)表達(dá)，說(shuō)明OsMADS5可能參與了小穗和小花的起始，并對(duì)心皮的起始及發(fā)育起著重要作用。
　　2.在osmads5-3和實(shí)驗(yàn)室前期已獲

4、突變體osmads1-z、osmads34-1的基礎(chǔ)上，我們分別構(gòu)建雙突變體和三突變體，通過(guò)遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的方法來(lái)研究OsMADS1、OsMADS5、OsMADS34三個(gè)基因在水稻花器官發(fā)育中的具體互作機(jī)制。通過(guò)表型觀察分析，結(jié)果表明:OsMADS5加強(qiáng)OsMADS1的功能冗余控制雄蕊和心皮的發(fā)育;OsMADS5能夠和OsMADS34相互作用，對(duì)雄蕊、心皮分生組織的決定性以及漿片的屬性的調(diào)控具有冗余性;OsMADS1、OsMADS5

5、、OsMADS34共同決定水稻花分生組織。
　　3.在轉(zhuǎn)錄水平，通過(guò)QRT-PCR分析了這三個(gè)基因在不同突變體中的表達(dá)水平，結(jié)果表明:OsMADS1可抑制OsMADS34的表達(dá)，此外，OsMADS34可反饋抑制OsMADS1的表達(dá)來(lái)調(diào)控花器官的發(fā)育并對(duì)OsMADS5的表達(dá)有輕微促進(jìn)作用;而OsMADS5可共同促進(jìn)OsMADS1和OsMADS34的表達(dá)來(lái)調(diào)控花器官的發(fā)育。
　　4.通過(guò)酵母雙雜實(shí)驗(yàn)，研究了這三個(gè)基因及其他E類基

6、因在蛋白水平上的互作關(guān)系，結(jié)果表明:在酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)體系中，OsMADS5和OsMADS34; OsMADS7和OsMADS34; OsMADS8和OsMADS34是可以相互作用的。此外，通過(guò)酵母雙雜，我們還分析E類蛋白和B、C類蛋白間的互作關(guān)系，結(jié)果顯示OsMADS5、OsMADS34和OsMADS2之間均存在相互作用，暗示這三個(gè)蛋白可能形成蛋白復(fù)合體來(lái)調(diào)控漿片的屬性;同樣，OsMADS5、OsMADS34和OsMADS3可能形成蛋白