mGWAS解析甲醇-茉莉素代謝級(jí)聯(lián)調(diào)控水稻葉片衰老的研究.pdf

1、衰老作為多細(xì)胞生物生命周期的最終環(huán)節(jié)，一直備受關(guān)注。葉片衰老是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要階段，伴隨著氮元素等有益離子從衰老的葉片中向幼葉等源組織以及種子等庫(kù)組織中轉(zhuǎn)運(yùn)并重新利用，對(duì)種子萌發(fā)、作物產(chǎn)量和品質(zhì)均有重要影響。同時(shí)，葉片衰老也是植物適應(yīng)環(huán)境的重要手段。水稻葉片的自然衰老是從授粉開(kāi)始的，由于水稻種質(zhì)資源抽穗期上的巨大差異，直接以葉片衰老為靶性狀進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)以克隆控制衰老的基因是十分困難的。茉莉素是被廣泛報(bào)道參與葉片衰老

2、調(diào)控的重要代謝物，通過(guò)茉莉素含量的代謝組學(xué)全基因組關(guān)聯(lián)分析(mGWAS)或許能輔助克隆控制衰老的關(guān)鍵基因。
　　本研究以221份水稻種質(zhì)資源為材料，測(cè)定了葉片中10種茉莉素的含量，發(fā)現(xiàn)了具有生物學(xué)活性的幾種茉莉素在秈稻品種葉片中的含量顯著高于粳稻。進(jìn)一步的mGWAS預(yù)測(cè)到13個(gè)位點(diǎn)可能調(diào)控茉莉素含量的自然變異。通過(guò)對(duì)其中最顯著的兩個(gè)位點(diǎn)的分析，推測(cè)編碼果膠甲基酯酶的OsPME1和編碼果膠甲基轉(zhuǎn)移酶的OsTSD2兩個(gè)基因可能調(diào)控茉莉

3、素含量。通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因和突變體中茉莉素含量，鑒定了OsPME1和OsTSD2正調(diào)控水稻葉片中茉莉素積累的功能。通過(guò)在30個(gè)水稻品種中檢測(cè)表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)秈稻中OsPME1的表達(dá)量顯著高于粳稻中，提示OsPME1表達(dá)量的變異可能影響茉莉素含量的自然變異。
　　通過(guò)進(jìn)一步田間表型的考察鑒定了OsTSD2突變導(dǎo)致水稻葉片衰老的延遲，OsPME1的轉(zhuǎn)基因材料也出現(xiàn)了黑暗誘導(dǎo)的葉片衰老異常的表型。此外，外源添加Me-JA能夠回復(fù)tsd2突變體葉

4、片衰老延遲的表型，這說(shuō)明tsd2突變體延遲衰老至少部分原因是茉莉素含量的降低。
　　OsPME1和OsTSD2在生化和代謝途徑上并不與茉莉素合成相關(guān)，最直接的功能分別是細(xì)胞壁果膠去甲基化和甲基化，甲基化的果膠是植物甲醇的主要來(lái)源，因此推測(cè)OsPME1和OsTSD2通過(guò)調(diào)控由細(xì)胞壁果膠去甲基化產(chǎn)生的甲醇影響茉莉素合成。首先通過(guò)轉(zhuǎn)基因的方法驗(yàn)證了PME家族的另一個(gè)基因OsPME11和PME抑制子家族(PMEI)的一個(gè)基因OsPMEI-