M185参与水稻响应环境光温变化分子机制研究

• 作 者: 李想
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 水稻 生长发育 叶绿体 光照 温度 分子机制

光照和温度是影响植物生长发育的重要环境因素，因此，植物如何响应环境光温变化一直是生物学家尤其是遗传育种学家关心的科学问题。近些年来的研究表明，光温信号通路存在着相互交叉，除了位于细胞核中的转录调节子可以整合光温信号，叶绿体也发挥着光照和温度中心感受器的作用。但是，在重要的粮食作物水稻中，叶绿体如何参与光温响应的分子遗传机制研究还知之甚少。　　在本研究中，我们利用中国南北较为明显的气候差异，分别在北京和海南两地通过大规模的遗传突变筛选，发现一个对环境敏感的水稻突变体m185。该突变体随着大田日照时间的延长和环境温度的增加，其矮杆和少蘖的表型出现相应程度的恢复，表明该突变直接影响了植物对光温的应答。为进一步检验突变体m185对光温的依赖性，我们使用植物光照培养箱进行控制变量生长实验，结果表明，不同的光温条件下突变体m185相比于野生型的植株高度确实有明显差异，证明M185参与了水稻对环境光温的响应。为了研究m185株高变矮的原因，石蜡切片实验结果表明，相比于野生型，突变体m185的节间细胞数目减少且排列紊乱，说明其矮化主要是由于细胞分裂减少造成的，提示该基因参与了光温介导的细胞分裂。通过图位克隆和全基因组重测序技术结合的方法对该基因进行精细定位，预测M185编码一个具有271个氨基酸残基的功能未知蛋白。进化分析表明，在单子叶作物的玉米和高粱中以及双子叶模式植物拟南芥中都有其直系同源蛋白，提示M185可能具有功能的保守性。亚细胞定位分析表明，M185主要定位在叶绿体内，该结果与蛋白质网站给出的预测结果（叶绿体类囊体）相一致。此外，我们通过原生质体免疫共沉淀系统寻找M185的互作蛋白，质谱分析鉴定出一些参与光合作用光反应的蛋白，如光合反应中心蛋白、细胞色素b6、叶绿素a脱辅基蛋白以及光系统Ⅱ D2蛋白等。转录组分析提示M185介导低温条件下碳水化合物的代谢过程。　　综合以上结果，M185是水稻中响应环境光温的一个新的叶绿体因子，可能通过参与光合膜复合物的组装与降解并影响碳水化合物代谢来发挥其生物学功能。我们的发现为解析叶绿体在水稻中响应光温变化的作用机制提供了新的线索，并为品种改良提供了新的候选基因资源。