《水稻生育後期早衰基因lps1的分子調控機制及利用》是鄧曉建為項目負責人，四川農業大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水稻生育後期早衰基因lps1的分子調控機制及利用
- 項目類別 ：面上項目
- 依託單位 ：四川農業大學
- 項目負責人：鄧曉建
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水稻生產上早衰現象主要發生在生育後期，它縮短葉片功能期和籽粒灌漿時間，嚴重影響產量和稻米品質，然而水稻生育後期早衰突變基因克隆迄今鮮有報導。我們通過化學誘變獲得一份水稻生育後期早衰突變體lps1，該突變體主要特徵為前期生長發育正常，抽穗前後葉片逐漸變黃，灌漿開始後葉片衰老加速，在灌漿中期葉片基本枯死，導致籽粒多為秕粒，遺傳分析表明該突變表型由1對隱性核基因控制。前期研究已將該基因精細定位在第10染色體上38.3kb區域內，並通過基因預測和DNA測序確定了一個候選基因，且為新基因。本項目擬構建該基因表達載體，通過轉基因互補驗證該基因功能，同時，分析該基因時空表達模式和編碼蛋白亞細胞定位，系統觀察檢測該突變體衰老過程中表型特徵、生理特性以及相關酶類和活性物質的變化，探討該基因調控水稻衰老的分子機制，並通過過量表達轉基因等途徑，探明該基因對延緩水稻衰老、防止早衰、促進高產穩產等方面的套用潛力。
結題摘要
水稻生產上早衰現象主要發生在生育後期，它縮短葉片功能期和籽粒灌漿時間，嚴重影響產量和稻米品質，然而水稻生育後期早衰突變基因克隆迄今鮮有報導。本項目通過化學誘變獲得一份水稻生育後期早衰突變體lps1，該突變體主要特徵為前期生長發育正常，抽穗期葉片逐漸變黃，灌漿開始後葉片衰老加速，在灌漿中後期葉片焦黃乾枯，整個植株基本枯死，導致籽粒多為秕谷，產量極顯著降低。隨著衰老的發展，該突變體光合色素含量快速下降，葉肉細胞中葉綠體等細胞器遭到破壞，直至幾乎完全降解。遺傳分析表明該突變表型由1對隱性核基因控制。分子標記定位和圖位克隆結果表明，lps1突變基因位於第10染色體長臂，是一個新的早衰基因，其候選基因DNA和cDNA全長分別為8839bp和3060bp，含有16個外顯子和15個內含子，編碼一個與擬南芥TIC蛋白同源的位於葉綠體內膜上的轉運蛋白。lps1突變體中該基因第287位T→A突變導致一個錯義突變，使得編碼蛋白序列第96位的亮氨酸(Leu)突變為谷氨醯胺(Gln)。轉基因互補實驗表明野生型基因能夠恢復突變體表型，從而驗證了候選基因功能。基因時空表達模式分析表明LPS1基因為組成型表達，但在葉片中表達很高，而在根中表達很低，亞細胞定位結果顯示LPS1蛋白定位於葉綠體上，這與預測的該基因發揮功能的組織和細胞器相一致。進一步，我們採用qRT-PCR分析了抽穗期突變體和野生型中編碼葉綠體外膜轉運蛋白的OsToc159、OsToc75和OsToc34，編碼葉綠體內膜轉運蛋白的OsTic40，編碼葉綠素生物合成途徑中原葉綠素酸酯氧化還原酶的POR和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶小亞基的rbcS，以及LPS1基因本身等7個基因的表達水平，結果顯示在lps1突變體中，LPS1基因本身以及OsTic40、POR和rbcS等基因的表達量顯著下調，而OsToc159和OsToc75基因的表達量顯著上調，只有OsToc34基因的表達量基本不變，表明LPS1基因突變顯著影響葉綠體外膜、內膜以及核基因編碼的葉綠體蛋白基因的表達，暗示該基因可能通過參與葉綠體膜上的蛋白轉運從而調控水稻早衰。該研究結果表明LPS1基因對延緩水稻衰老、防止早衰等方面可能具有潛在套用價值。
