《新水稻57H突變基因的定位克隆與機能解析》是依託山西大學，由田懷東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新水稻57H突變基因的定位克隆與機能解析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：田懷東
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
野生型水稻中，谷蛋白與醇溶蛋白在胚乳細胞內質網被合成後，分別蓄積成亞細胞形態不同的蛋白體。導致57kD谷蛋白前體高量增加、成熟谷蛋白顯著減少的隱形57H變異被表明是調控儲藏蛋白蓄積的基因突變。前期研究獲得成熟谷蛋白不減少、兼具13kD醇溶蛋白缺失性狀的新型57H突變體(GPH1)，發現GPH1性狀起因於對谷蛋白前體增加有劑量效應的新基因突變，並對其進行了初步定位。為了探求關於水稻胚乳儲藏蛋白質合成的未知遺傳信息，本研究擬採用基於分子標記的圖位克隆、功能互補試驗等方法，進行GPH1突變基因的分離與鑑定，闡明其變異機理；採用定量RT-PCR、重組DNA、蛋白組學、免疫印跡、螢光顯微等技術，解析該基因的轉錄模式，對其蛋白質產物進行表征、鑑定與亞細胞定位；採用雙向電泳、質譜、免疫細胞化學等方法，解析GPH1儲藏蛋白質的分子構成與亞細胞蓄積狀態的變化，探究該基因對水稻儲藏蛋白質合成與蓄積的影響機制。
結題摘要
醇溶蛋白和谷蛋白是主要的水稻胚乳儲藏蛋白質。在野生型水稻胚乳胚乳中，醇溶蛋白和谷蛋白多肽鏈分別被定位於不同粗面內質網亞區域（PB-ER和C-ER）的mRNA編碼合成後，經過不同的亞細胞區室化途徑最終蓄積成球狀的內質網衍生型蛋白體（PB-I）和不規則的液泡型蛋白體（PB-II）。導致57kD谷蛋白前體高量增加、成熟型谷蛋白顯著減少的5個隱性基因突變（57H）已被表明參與水稻胚乳儲藏蛋白質的翻譯後區室化。本研究從490份水稻種質資源中獲得谷蛋白前體大量生成的新型突變體系列（GPGG1、GPGG2、GPGG3），並進行了所得突變體的生化性狀表征、遺傳學鑑定與與免疫細胞化學解析。生化性狀表徵結果顯示，與野生型水稻品種（遼鹽6號）相比，GPGG系列並未減少成熟型谷蛋白，其中GPGG1與GPGG2兼具13kD醇溶蛋白缺失性狀。遺傳分析結果顯示，這些GPGG變異是非等位於已報導57H變異的基因突變，其中GPGG3變異是顯性突變，而GPGG1與GPGG2變異是位於12號染色體短臂的等位突變且對谷蛋白前體的生成具有劑量效應。電子顯微觀察顯示了在GPGG1胚乳細胞中簇狀的複合ER(CER)、複合PB(CPB)、內側高爾基囊/反式高爾基網路(MGS/TGN)、MGS/TGN轉運型小泡、TGN連通型蛋白儲藏液泡(PSV)、PSV蓄積型PB、中央大液泡(LCV)和LCV降解型PB結構體系的存在。使用抗14kD醇溶蛋白抗體和抗谷蛋白抗體的免疫顯微觀察顯示了GPGG1胚乳細胞中的CPB構造由醇溶蛋白球狀體和谷蛋白前體球狀體結合而成、而PSV-deposited PB由成熟的谷蛋白組分蓄積而成。使用抗谷蛋白抗體和抗ER標記蛋白(Bip)抗體的免疫熒顯觀察明確了CER應答了PGG1胚乳細胞中儲藏蛋白質的合成。這些結果指出GPGG基因參與水稻儲藏蛋白質的合成，其變異誘導了胚乳細胞中新的儲藏蛋白質區室化通路的出現。本研究取得的進展對於闡明水稻胚乳儲藏蛋白合成的遺傳調控機制具有開創性意義。
