OsSCL57调控水稻磷稳态机制初步研究

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磷是植物生长发育必需矿质元素之一,它对植物正常生命活动代谢至关重要。缺磷和磷过量都会影响植物正常生长,因此植物会通过自身调控维持体内磷稳态。丝氨酸/精氨酸丰富(SR)蛋白是一类重要的剪接因子,能够通过可变剪接调控植物发育进程,同时在植物响应非生物胁迫过程中发挥重要作用。迄今为止,SR蛋白与植物磷稳态之间的关系研究甚少。水稻OsSCL57是属于可变剪接因子SCL亚家族的一个成员,通过对它的转录本进行检测,我们共找到两条转录本。组织表达水平分析结果表明,OsSCL57在水稻不同时期的不同组织部位均有表达,其中,地上部表达水平要高于根部,而叶片中表达水平最高。元素特异性诱导分析表明,OsSCL57在根部和地上部均不受缺磷诱导。为了研究该基因的定位情况,我们将带有绿色荧光标签的35S-sGFP-OsSCL57载体转染到水稻原生质体中,定位结果表明,OsSCL57是一个核定位蛋白。
  为了进一步研究OsSCL57的功能,我们构建了osscl57、osscl57-1、osscl57-2突变体,以及10个过表达株系。分别对这些转基因材料进行低磷(0.01mM)、正常木村(0.091mM)、高磷(0.45mM)处理14d。结果发现,该基因的突变体均表现为对高磷敏感,即植株会表现出矮小,叶片出现褐色斑症状,而在正常培养条件下,仅有osscl57突变体叶片出现褐色斑。有效态磷含量分析结果表明,三种磷浓度处理下突变体地上部有效态磷含量均高于野生型,且老叶中会积累更多无机磷。过表达材料与突变体情况比较相似,都表现为高磷敏感及有效态磷含量高于野生型。随后我们对三种磷浓度处理下的突变体和野生型进行了总磷测定,分析结果表明,突变体地上部总磷含量高于野生型,根部则无差异。我们认为是突变体根部向地上部转运了更多磷,因此检测了木质部伤流液中磷含量,结果发现,突变体伤流液磷含量显著高于野生型,符合我们预期结果。此外,磷胁迫会改变叶片夹角,因此我们观察了三种磷浓度处理下的叶片夹角情况,结果发现,突变体叶片夹角在三种磷浓度下均高于野生型。综上我们认为,OsSCL57参与水稻磷稳态的调控,且磷含量的变化又与水稻根部磷向地上部转运有关。
  为了进一步解析OsSCL57在调控植物体内磷稳态过程中的作用,我们采用TRIBE(Targets of RNA-binding proteins Identified By Editing)技术构建了OsSCL57-ADARcd过表达材料,通过高通量测序来寻找OsSCL57的下游靶基因。经过分析我们共筛选到数千个候选靶基因,其中包括一些与磷有关的基因,如磷酸酶、转运体、转录因子、剪接因子等,它们都有可能是直接或间接的参与磷稳态的调控。在这些基因中,我们分别选取了编辑百分比接近0以及百分比较高的基因,通过全基因组测序来验证编辑效率,结果表明,编辑比例为0的基因并无碱基改变事件发生,但编辑比例较高基因在编辑位点处发生了碱基转变,证明了TRIBE在水稻中的可行性。综上所述,OsSCL57参与调控水稻磷稳态,其作用机制很可能是OsSCL57调控的下游基因,通过改变磷从根部向地上部的转运来实现。
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