《水稻葉片類病變壞死調控基因LMS1的圖位克隆及功能分析》是依託河南師範大學，由王丹擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：水稻葉片類病變壞死調控基因LMS1的圖位克隆及功能分析
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：王丹
- 依託單位：河南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
植物類病變突變體中的局部組織壞死是一種自發形成的程式性細胞死亡，這種遺傳上的缺陷往往會導致植物對病原菌的抗性增強和防衛相關基因的組成型表達。然而植物類病變的發生機理複雜多變，目前還難以完全揭示，還有許多與之相關的新基因尚未被分離鑑定出來，而突變體是挖掘新基因、研究基因功能的良好試驗材料，本研究以一個擴展型全生育期的水稻類病變突變體lms1（lesion mimic and senilism 1）為材料，對其進行表型鑑定、遺傳分析；並套用SSR、Indel等分子標記技術對目標基因LMS1進行精細定位、圖位克隆和轉基因互補驗證；藉助分子生物學的方法技術來深入研究基因LMS1的生物學功能，探討其導致水稻葉片組織類病變壞死的分子機制，以期為揭示植物程式性細胞死亡的調控機制以及植物抗病防衛信號傳遞途徑奠定基礎。
結題摘要
植物類病變突變體中的局部組織壞死是一自發形成的程式性細胞死亡，這種遺傳上的缺陷往往會導致植物對病蟲的抗性增強以及防衛基因的組成型表達，因此類病變突變體不僅被用作解釋細胞死亡信號途徑和植物抗性機制的重要模型，同時對選育抗病性狀的農作物品種有積極的推動作用。本研究中我們分離鑑定到一個擴展型全生育期的水稻類病變突變體lms1，細胞學鑑定顯示其葉片的類病變壞死屬於程式性細胞死亡，同時伴隨有活性氧和胼胝質的大量積累；葉片遮光實驗顯示突變體中的細胞死亡受光照強度誘導。遺傳分析表明lms1突變體是個單基因隱性突變體；通過精細定位我們將目的基因定位在2號染色體短臂端的55Kb區間內，測序發現LOC_Os02g02000在編碼區509個核苷酸後面插入一個1896bp的片段，最終導致基因功能缺失。轉基因互補實驗也證明突變體的類病變表型是由於LMS1的插入失活引起的。蛋白序列比對發現LMS1編碼脂氫過氧化物裂解酶（OsHPL3），是脂氧合酶（LOX）途徑下游的一個重要分支途徑的關鍵起始酶，能夠特異性催化亞麻酸過氧化物13-HPOT的裂解反應，生成綠葉揮發物（GLVs）。GC-MS檢測發現，與野生型相比，突變體中OsHPL3功能缺失導致葉片中GLVs（（E）-2-己烯醛和（Z）-3-己烯醇）的含量大幅減少，而過氧化脂質的含量顯著升高，說明OsHPL3的功能缺失時會造成其直接催化底物13-HPOT的大量積累，進而導致葉片細胞中過氧化總脂含量的顯著增加，誘發葉片類病變壞死的發生，這也意味著來自LOX的直接催化產物過氧化脂質並不能被完全重新分配入其它LOX下游分支路徑。然而突變體中LOX-AOS代謝支路產物茉莉酸（JA）的含量則顯著升高，說明當OsHPL3功能缺失時，其代謝底物13-HPOT有可能重新分配進入其他代謝通路，導致AOS通路的底物增加，從而促進茉莉酸的合成。以上這些結果說明，植物中LOX-HPL代謝途徑代謝異常能夠誘發類病變壞死的發生，並且植物脂氧合酶下游的AOS和HPL代謝支路間既相互獨立，又存在代謝底物的相互競爭和交流。
