《水稻溫控葉色發育調節基因TLC1的克隆與作用機理研究》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：水稻溫控葉色發育調節基因TLC1的克隆與作用機理研究
- 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
EMS誘變優良秈型水稻恢復系縉恢10號，獲得了一個全生育期受溫度調控的葉色突變體tlc1。溫度越低,變異越嚴重：恆溫條件下,從低到高依次為白化、黃化、黃綠和淡綠；高低溫交替培養，同一葉片即呈現白化至淡綠的連續變化。葉綠素含量與葉色變化呈現極顯著正相關，螢光動力學參數qP、Y、ETR和Fo等則明顯下降，表明tlc1是一個受溫度脅迫的溫感突變體,且光合系統受到了影響，類似突變尚未見在水稻中報導。精細定位表明TLC1是一個功能尚未研究的基因。本項目擬圖位克隆TLC1，並利用細胞學、蛋白質組學、分子生物學等多種技術手段研究其功能和作用機理。結果不僅為高等植物葉綠體發育、質核信號傳導途徑、植物對溫度脅迫回響機制等研究提供了理論基礎，而且為耐低溫育種提供了基因資源，具有重要的理論意義和套用價值。
結題摘要
EMS誘變獲得一個溫度回響型葉色突變體tlc1，在田間種植或變溫條件下，同一張葉片表現為黃白和淺綠色，但在20℃、25℃和30℃恆溫條件下，其葉色分別表現為黃白化、黃綠和淺綠。透射電鏡觀察發現，tlc1在20℃時葉綠體發育嚴重受阻，大多處於質體狀態，但在30℃的條件下，已形成了基質片層，而野生型在20℃和30℃均發育出了完整的葉綠體結構。突變體tlc1中的葉綠素螢光動力學參數Fo、實際光化學量子產量Y和光合電子傳遞速率ETR均極顯著低於野生型，Fv/Fm 和Pn則僅在黃化葉中極顯著下降，暗示TLC1功能缺失影響了光電子傳遞效率和PSⅡ中心光化學反應效率。藍綠溫和電泳表明突變體中的PSⅠ、PSⅡ和捕光天線核心複合體含量均顯著低於野生型，但PSⅡ和類囊體膜蛋白含量下降最為明顯，免疫印記進一步驗證了這一結果，LHCⅡB1、 LHCⅡB4、LHCⅡB6和RBCL均極顯著降低。雙向電泳分析20℃下的葉片總蛋白共鑑定到158個差異點，表達升高或降低的點各有79個，其中，tlc1特異不表達蛋白有12個，特異表達蛋白6個。質譜分析發現差異表達蛋白可分為三類：逆境回響蛋白、氧化脅迫相關蛋白和光合系統蛋白。DAB染色檢測發現tlc1中H2O2的含量顯著高於野生型。這表明TLC1基因調控水稻光合作用系統並對溫度等非生物逆境回響。遺傳分析表明，tlc1的突變表型受一對隱性核基因調控，利用西大1A/tlc1和日本晴/tlc1的F2分離群體最終將TLC1限定在水稻第3染色體70.6kb的物理範圍內，包含13個功能基因。對這13個基因進行DNA測序，發現僅假定蛋白編碼基因在其內含子區域發生了一個G至A的鹼基替換，生物信息學分析表明其與CACTA, En/Spm 亞家族轉座子蛋白具有較高的同源性。在水稻中，含有2089個CACTA, En/Spm亞家族轉座子基因，但其功能均未知。QPCR表達分析發現13個基因中，抗病蛋白 Rps1-k-1編碼基因LOC_Os03g37720在20℃表達上調，但測序沒有發現鹼基差異，互補葉色也沒有恢復，但其超表達提高了對水稻紋枯病的抗性，表明其是一個水稻抗病基因，但不是TLC1的目的基因。因此認為，假定蛋白編碼基因是TLC1的目的基因，其可能通過溫光回響調控葉綠體的發育，從而導致tlc1 的葉色變化。
