《水稻早衰基因ESL1的克隆與作用機制研究》是依託西南大學，由桑賢春擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水稻早衰基因ESL1的克隆與作用機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：桑賢春
- 依託單位：西南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
衰老是植物生命科學領域研究的核心課題，涉及轉錄因子、生物合成大分子、激素、信號傳導等。目前在擬南芥上已有較多的研究，主要集中在逆境或離體誘發衰老上。在水稻中研究較少，對自然早衰研究更少，主要原因是突變資源的匱乏。到目前為止，僅報導了3個自然早衰突變體，均沒有克隆基因，嚴重製約了人們對水稻葉片早衰分子機制的認識。我們利用EMS處理自育優良秈型恢復系縉恢10號，獲得了一個穩定遺傳的早衰突變體esl1,孕穗期葉片即開始衰老，一直持續到收穫，受單隱性核基因控制，定位在第3染色體著絲粒位置約210kb的區域內。本項目擬在此基礎上圖位克隆基因，並利用RNAi、超表達、原位雜交、QPCR、電鏡等技術研究基因功能。結果對闡釋水稻早衰分子機理和著絲粒區域基因組研究具有重要的意義，可為水稻葉片早衰的遺傳改良提供基因資源，具有理論和套用雙重價值。
結題摘要
葉片早衰直接影響作物產量和品質，鑑定早衰突變體、圖位克隆調控基因對於研究植物衰老機理具有重要的意義。EMS誘變縉恢10號，獲得一個分櫱後期至成熟期葉片自然早衰突變體esl1，僅葉尖和葉上部邊緣衰老，主脈部位正常不衰老，主要農藝性狀均極顯著下降。苗期突變體與野生型的光和色素含量無顯著變化，分櫱期之後則極顯著降低。esl1衰老部位細胞結構異常，葉綠體膜溶解、基粒模糊，基質片層疏鬆。esl1體內的H2O2和OH-1含量極顯著高於野生型縉恢10號。保護酶系統，SOD活性顯著升高、POD和CAT活性顯著降低。CAT特徵基因NOE1的表達下調。過量H2O2和OH-1不能及時清理是導致esl1葉片衰老的主要原因。esl1受單隱性核基因調控。利用12050株F2單株，最終將ESL1定位在第3染色體著絲粒區域168kb的物理範圍內，並與swu328標記共分離。定位區間內含有26個注釋基因，其中，有11個假定蛋白，3個轉座子蛋白，7個反轉錄轉座子蛋白，1個SHR，1個角蛋白，1個DNA-directed RNA聚合酶II亞基，1個吩嗪合成樣蛋白域和1個陽離子過氧化物酶前體。對15個編碼基因進行測序，均沒有發現序列差異。此外，我們還在縉恢10號的EMS誘變體庫中鑑定到一個類似早衰突變體esl5。與縉恢10號相比，esl5的苗期葉色正常，分櫱期呈黃綠色，孕穗期葉片中上部逐漸黃化衰老；衰老部位的細胞結構異常，細胞膜降解，葉綠體基質片層疏鬆、排列不規則，光合色素含量和光合速率極顯著下降。esl5的生育期延長了20天左右，千粒重顯著增加，穗粒數、實粒數和結實率則顯著降低。esl5的H2O2和OH-1含量極顯著高於野生型，CAT的活性顯著降低；SOD活性顯著低於野生型，POD活性則顯著高於野生型。表明，同esl1一樣，esl5的葉片早衰可能也與ROS途徑相關。遺傳分析表明，esl5受一對隱性核基因調控，最終將其定位在第3染色體著絲粒區域50.3kb的物理範圍內，位於標記RM15040和Indel03-1之間，包含8個注釋基因：2個編碼F-box domain蛋白，3個編碼表達蛋白，其餘則分別編碼蛋白磷酸酶2C、重金屬相關domain蛋白以及LTV1蛋白。早衰突變體esl1和esl5的候選基因均定位在第3染色體著絲粒位置，表明該區域可能對水稻生命周期發育具有重要的影響。
