论文部分内容阅读
水稻穗下倒一节间的伸长和发育对株高起着决定性的作用，深入研究决定水稻穗下节间伸长的基因及其分子机制有望为利用分子育种手段改良水稻株型创造条件。丝氨酸磷脂合酶编码基因的突变会造成穗下节间缩短。但是关于丝氨酸磷脂合酶和它的产物影响株高的分子机制仍不清楚。在本文中，对OsPSS/SUI1进行了功能分析，明确OsPSS/SUI1或磷脂酰丝氨酸在植物细胞生物学上的功能和相应的分子机制。本文主要研究结果如下： 1.来源于Kitaake的组织培养诱变突变体sui1-4表现出株型矮化，育性降低，分蘖数轻微增高。突变体穗长和各节间长度均缩短，尤其是第一节间缩短最为严重。石蜡切片结果显示：突变体sui1-4在倒一节间居间分生组织细胞细胞分化停滞，细胞松散，无规则，在伸长区细胞不伸长。透射电镜观察表明，而突变体sui1-4薄壁细胞没有伸长，细胞之间不能粘合在一起。 2.免疫胶体金和高压冷冻电镜结果显示：在突变体sui1-4中，大量的JIM7金颗粒以复合体的形式存在于细胞质中。在灌浆时期的突变体倒一节间，尽管两细胞之间的中胶层有 JIM7金颗粒的存在，但是大部分薄壁细胞的外侧没有JIM7的分布。大量的JIM7颗粒存在―细胞流‖或者堆积在已经分泌到细胞间隙的细胞流头部。 3. Western blot分析表明，在突变体sui1-4中，OsCESA4蛋白杂交信号更多地存在于内膜分相系统（DEX）。secGFP在原生质体瞬时表达系统中的分布情况显示，突变体sui1-4secGFP大部分停滞在原生质中，仅有少量的secGFP被分泌到培养基中。以上暗示着sui1-4是分泌缺陷型突变体。 4.液相色谱法测定第一节间细胞壁单糖及纤维素的含量。结果显示，纤维素的含量在突变体中下降了大约12％。相应地，组成纤维素的重要的单糖-葡萄糖（Glc）从65.1 mg/g降到35.7 mg/g。构成半纤维素和果胶质的单糖成分木糖（Xyl）和半乳糖醛酸（GalA）的含量是增加的，分别从281.2 mg/g和7.45 mg/g增加到389.1 mg/g和21.64 mg/g。突变体sui1-4的分泌缺陷影响了细胞壁的含量。 5.图位克隆的方法克隆了磷脂酰丝氨酸合酶phosphatidylserine synthase（Os01g02890，被命名为OsPSS/SUI1）。其编码区发生了碱基A→T的替换，从而导致该ORF氨基酸序列从天冬氨酸（Asp）225到缬氨酸（Val）的替换。转基因和干扰验证均可以确定OsPSS/SUI1的突变的确是引起包穗表型的目的基因。 6.荧光定量结果显示，OsPSS/SUI1基因在水稻的幼穗、幼根、茎、叶片不同组织中均有表达。其中幼穗的表达量最高。GUS活性检测分析发现：在幼苗时期，GUS表达主要在根部伸长区和根毛；抽穗前4周，GUS活性检测分布在顶端分生组织和茎秆的基部；抽穗前一周和抽穗时期 GUS活性检测分布在茎秆的分化和伸长区域，尤其在极速生长的第一节间表达量最大，当细胞伸长结束发展成成熟组织时，GUS表达量下降直至完全消失。 7. OsPSS/SUI1属于跨膜蛋白。在拟南芥原生质体中共转化 OsPSS/SUI1-GFP与 Golgi apparatus、TGN/EE、PVC、PM和液泡膜等标记时发现：转化12小时后，OsPSS/SUI1-GFP蛋白仅与ER Marker共定位。转化36小时后，OsPSS/SUI1-GFP蛋白的定位信号不仅与 ER Marker部分共定位，还与cis-Golgi和TGN marker部分共定位，与PM marker完全共定位，而不与PVC 和液泡膜Marker共定位。能识别PS的LactC2蛋白的定位与OsPSS/SUI1的定位类似。 8.磷脂结合实验表明MBP-OsExo70E1和MBP-OsExo70A1能够结合PS。野生型和突变体穗部和倒二节间PS的含量磷脂含量均降低。OsExo70E1干扰植株的每个节间的长度相似比例地降低。透射电子显微镜下比较野生型和OsExo70E1干扰植株横向和纵向的细胞排列，表先出不规则且与sui1-4类似的较大的细胞间隙。 综上所述，sui1-4是一个分泌型的突变体。突变基因OsPSS/SUI1编码的蛋白影响了PS的含量，OsPSS/SUI1可能通过PS参与了细胞壁成分运输囊泡的分泌过程。