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《南京农业大学》 2016年
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水稻SUMO化修饰E3连接酶基因OsSIZ2调控水稻的生长发育和磷的吸收转运

孙瑞  
【摘要】:磷作为植物体所必需的大量元素之一,在其生长发育和代谢途径中发挥着重要的作用。虽然土壤中总磷含量丰富,但是由于土壤中可利用的无机态磷极易被固定,因而它成为限制作物生长和产量的重要因素之一。在对磷信号调控通路的研究中,SUMO(small ubiquitin-related modifier)化日益成为研究的焦点,它是一种类似于泛素化的翻译后修饰形式。SIZ(SAP and Miz finger domain)编码SUMO化途径中的E3连接酶,它在很大程度上决定了靶蛋白的特异性。在模式植物拟南芥中,类泛素E3连接酶AtSIZ1可以通过对转录因子AtPHR1的修饰从而参与对低磷胁迫的响应。在水稻中,OsSIZ1也参与调控响应磷以及缺磷条件下根的发育和根构型的形成。本论文主要分析了水稻中另一个SUMO化E3连接酶基因OsSIZ2的功能。利用突变体ossiz2、OsSIZ2的RNAi干扰材料和超表达材料研究了 OsSIZ2在水稻生长发育以及磷素的吸收转运方面的功能。另外,在研究中还以突变体ossiz1为对照,分析了两个基因对水稻影响的不同。主要研究结果如下:1.通过定量PCR检测分析,发现OsSIZ2在水稻不同发育时期的不同组织器官中均有表达,且在整个生长期各部位的表达趋势基本一致,这说明了 OsSIZ2参与了水稻的营养生长和繁殖过程。通过缺磷处理试验,发现OsSIZ2在转录水平上对缺磷响应不明显。2.OsSIZ2的缺失影响了水稻的生长和发育。与野生型相比,ossiz1、ossiz2和OsSIZ2-Ri种子的萌发率和萌发速率有明显下降。相对于OsSIZ2,OsSIZ1 的缺失对种子萌发的影响更加明显。在苗期,水培试验发现ossiz2和OsSIZ2-Ri与野生型相比株高明显变矮,生物量和根长也有明显的下降。在花期,OsSIZ2影响水稻花药壁的开裂和花粉活性。突变体ossiz2的单穗开裂花药比例严重下降,花粉活性较野生型也有所下降。突变体的这些变化最终导致了结实率的明显下降。OsSIZ1和OsSIZ2突变后对种子形状的影响不同,OsSIZ1突变导致种子变短变薄,而OsSIZ2突变导致种子变长变薄。通过检测种子形状相关基因的表达发现,在目前的基因研究中,OsGS3可能在影响突变体ossiz1和ossiz2的种子形状上发挥了主要的作用。这两种突变体种子形状的变化同时导致了千粒重的明显下降。另外,OsSIZ2基因表达量的变化对株高、分蘖数、穗长、一级穗分枝数等都有所影响,这说明OsSIZ2对水稻的生长和发育有重要的作用。3.OsSIZ2缺失后,水稻体内的磷浓度显著提高。苗期OsSIZ2的沉默导致地上部和根部的磷浓度都有所上升,32p同位素试验发现OsSIZ2的沉默可以增强水稻的吸收作用,但地上部和根部的磷分配比不变。这说明OsSIZ2调控了水稻磷的吸收和转运。在成熟期虽然ossiz2和OsSIZ2-Ri对磷浓度影响程度不同,但OsSIZ2的缺失依然使水稻体内磷浓度有明显升高。灌浆期伤流液试验不仅解释了成熟期突变体各部位磷含量升高的原因,同时也证明了 OsSIZ2的缺失可以提高对磷的吸收。4.缺失OsSIZ2后,受OsPHR2正调控的下游基因表达下调,那么OsSIZ2可能通过正调控OsPHR2来调控下游基因的表达。检测Pht1家族基因发现,缺失OsSIZ2后OsPT1的表达有所上调,而其他部分Pht1家族基因表达没有明显的上升,这说明OsSIZ2的缺失导致水稻体内磷浓度的升高可能是由于OsPT1的表达上调引起的。检测突变体ossiz1和ossiz2中基因OsSIZ1和OsSIZ2的情况发现,突变体中对应同源基因的表达与野生型相比没有明显上升,那么OsSIZ1和OsSIZ2可能不冗余。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S511

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