谷子条纹叶基因SiSTL2的图位克隆与功能研究

• 作 者: 张硕
• 出 处: 中国农业科学院
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 谷子 条纹叶突变体 脱氧胞嘧啶核苷脱氨酶 叶片发育 叶绿体发育

脱氧胞嘧啶核苷酸脱氨酶（deoxycytidine monophosphate deaminase,dCMP deaminase,DCD）是dTTP从头合成途径的关键酶。已有研究表明DCD对于维持dNTP池的平衡十分重要,并且可以影响DNA的复制和修复、细胞周期进程和植物的生长发育。但是DCD的功能在黍亚科植物中还没有报道。谷子[Setaria italica（L.）Beauv.]是黍亚科的一个新兴模式植物,同时也是C₄光合作用研究的模式植物。本研究采用EMS诱变技术获得谷子条纹叶突变体sistl2,与其野生型“Yugu1”相比,突变体表现出半矮秆,白条纹叶片,叶绿体发育异常,细胞周期进程受阻等特征。我们对sistl2进行了农艺性状、光合特性、叶片解剖结构、叶绿体超微结构等调查,通过基因组重测序和图位克隆分离到了突变基因SiSTL2,并对SiSTL2进行了一系列的功能分析。获得主要结果如下:（1）对sistl2进行形态学观察,发现突变体株高、叶片面积、穗长、穗粗和结实率均受到了影响,并且叶片具有不规则条纹、叶脉和Kranz结构发育异常、叶片细胞体积减小、叶绿体发育不良;（2）对突变体进行光合参数的测定,发现突变体叶绿素含量下降,光合能力下降;（3）利用MutMap+法和图位克隆的方法,将目的基因定位到了9号染色体末端约1 Mb的区间内。结合基因组重测序数据,将突变基因锁定为Seita.9G511200,命名为SiSTL2。经过在水稻同源基因突变体中进行互补验证,确定SiSTL2的突变导致了条纹叶表型;（4）SiSTL2编码一个DCD蛋白,定位在细胞质。谷子中该基因的突变导致dTTP的合成通路受到影响,叶绿体发育受到抑制。同时发现SiSTL2可被转录因子E2F调控,影响细胞周期进程;（5）SiSTL2的突变还引起叶片中¹³C同位素含量的降低,并且在低浓度CO₂处理下,SiSTL2与典型C₄光合相关基因具有相同的表达模式;（6）RNA-seq数据表明突变体和野生型间的DEGs主要在光合作用、DNA复制、细胞周期等通路中富集。本研究有助于深入理解DCD在禾本科C₄模式植物谷子中的功能,为深入研究DCD提供了新的思路。