水稻穀胱甘肽過氧化物基因家族的功能研究

《水稻穀胱甘肽過氧化物基因家族的功能研究》是依託武漢大學，由王欣擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水稻穀胱甘肽過氧化物基因家族的功能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王欣
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

相對動物而言，高等植物谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione peroxidases, GPXs)的功能遠不止是一種抗氧化酶那么簡單，它們更多的參與了細胞氧化還原信號傳遞以及植物生長發育的複雜調控過程，其確切的生理功能尚不明確。深入研究模式植物水稻OsGPXs基因家族的功能，可以為將來通過遺傳操作等手段精細調控體內GPX表達水平以提高農作物抗逆境脅迫能力，促進光合生理的品種改良奠定基礎。本項目首先從5個OsGPX基因家族成員轉錄表達模式、蛋白活性以及亞細胞定位分析作為切入點，然後利用轉錄激活子樣效應因子核酸酶靶向敲除技術，創建水稻葉綠體型OsGpx4突變體，對其基因功能以及抗氧化機製做進一步探討。在此基礎上創建雌二醇誘導型啟動子調控下的OsGPX4過表達植株，分析它們與野生型植株在逆境脅迫條件下生理、生化等各方面指標的差異，期望篩選到抗逆性提高的轉基因株系。

結題摘要

谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione peroxidases, GPXs）是一類存在廣泛存在於動植物細胞中的抗氧化酶，它們能夠有效地清除體內的活性氧分子，保護細胞免受氧化損傷。與動物GPXs相比，植物GPXs生理功能的研究相對較少。水稻OsGPXs是一個含有 5個家族成員的基因家族，它們分別定位於不同的細胞器中，每個OsGPXs成員確切的生理功能還不是很清楚。對水稻OsGPX基因家族成員在不同環境脅迫與激素處理條件下的表達模式分析表明5個OsGPXs的轉錄本會發生不同程度的回響變化，並且它們在植物絕大多數的器官組織中都能表達。一般而言OsGPXs在綠色組織中表達量較高，而在非綠色組織中表達較低或幾乎沒有表達。與其他植物的GPXs類似，體外酶活分析表明 OsGPX4與OsGPX5均不能利用還原型谷胱甘肽GSH，而能夠利用硫氧還蛋白作為還原劑，將不同的過氧化物還原。對葉綠體定位的OsGPX4與OsGPX5 T-DNA插入失活的單突變體研究表明，OsGPX4突變體與野生型相比無明顯表型差異，而OsGPX5突變體萌發速率顯著低於野生型對照，並且萌發6天后的突變體幼苗地上部分的長度小於野生型對照。進一步對農業性狀的分析統計表明OsGPX5突變體的株高、分櫱數、穗長與結實率均低於野生型。此外，在不同鹽脅迫條件下的生長測試結果顯示OsGPX5突變體對鹽脅迫的敏感性顯著高於野生型。這些結果表明OsGPX5不僅作為一個抗氧化酶，其在水稻生長發育以及參與抵抗鹽脅迫的過程起著重要的生理作用。