水稻异分支酸合成酶OsICS1在水杨酸合成途径中的功能研究

论文摘要

水杨酸作为一类植物激素,具有重要的生物学功能。异分支酸合成酶（ICS）是SA合成的关键酶,在双子叶植物中研究的较清楚,其中拟南芥ICS是SA合成的主要通路。水稻是世界上最重要的谷类作物之一,体内SA含量远远高于拟南芥等双子叶植物,高水平的SA在水稻体内可能具有更加重要的作用,但是水稻SA合成途径尚不清楚,所以本课题利用反向遗传学、生物化学、酶学、代谢组学、植物生理学、农学等手段研究了水稻异分支酸合成酶基因OsICS1的功能,取得的主要研究结果如下:（1）证明了OsICS1在体外具有催化分支酸生成异分支酸的能力。将OsICS1在异源系统中进行蛋白表达纯化,并通过酶活测定证明OsICS1在体外可以催化分支酸生成异分支酸,催化活性约是AtICS1的81.7%。（2）OsICS1的组织表达特征和蛋白定位研究。为阐明基因功能,通过研究OsICS1组织表达模式,发现其主要在叶片中表达,且不同时期叶片表达差异不显著;其次在浸泡24 h后的胚芽中显著诱导OsICS1表达,萌发24 h、48 h胚芽中表达升高更加显著;SA、IAA、6-BA、tZ、ACC、ABA不影响OsICS1表达水平,受JA诱导表达较弱;白叶枯病原菌（Xanthomonas campestris pv.oryzae）P6处理不影响OsICS1的表达。对proICS1::GUS转基因水稻材料研究表明,OsICS1在水稻叶片、萌发后种子胚芽和幼穗花药中表达较强,在根中表达较弱,在茎中基本没有表达。OsICS1亚细胞定位在细胞质中。（3）对不同时期的osics1突变体的SA代谢进行分析。根据OsICS1表达模式对osics1进行SA代谢分析,在干种子胚芽、浸泡48 h胚芽、萌发24 h胚芽、不同时期叶片和不同时期穗子中osics1SA含量与NIP相比均无显著差异,证明OsICS1不明显参与合成SA,或是存在SA合成的其它补偿途径。（4）对不同时期的OsICS1超表达材料的SA代谢进行分析。本研究通过对OsICS1OE材料的叶片与胚芽SA进行检测,发现超表达植株中Free SA、Total SA和羟基化产物2,5-DHBA含量与野生型水稻相比均无显著性差异,证明OsICS1在水稻体内不明显参与合成SA。（5）发现osics1突变体具有延迟萌发表型。通过对osics1进一步研究,发现与NIP相比具有显著延迟萌发的表型,浸泡24 h osics1胚芽中ABA含量升高52%-110%,JA含量也显著升高46%-215%,IAA、ACC与不同类型的细胞分裂素无显著变化。（6）发现osics1突变体具有大粒表型。为了阐明OsICS1在水稻体内的功能,本研究对大田农艺性状进行统计分析,发现osics1粒长、粒宽和千粒重显著增加,OsICS1突变影响粒型。以上研究表明,OsICS1主要在叶片、胚芽和幼穗花药中表达,亚细胞定位在细胞质中。虽然在体外OsICS1可催化分支酸合成异分支酸,但是在水稻体内OsICS1不明显参与合成SA,推测IC途径不是水稻SA合成的主要途径。我们还发现osics1突变体具有显著延迟萌发的表型,胚芽中ABA与JA显著升高,证明OsICS1影响种子萌发。农艺性状统计分析证明osics1粒宽、粒长和千粒重显著增加,OsICS1调控水稻粒型。总之我们的研究结果说明IC途径可能不是水稻SA合成的主要途径,OsICS1可能在种子萌发和籽粒大小形成中起到重要作用。研究结果对于阐明SA在水稻中的合成途径以及水稻OsICS1的生理功能具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词
• 第一章 文献综述
•   1 SA的发现与应用
•   2 SA在植物中的生物学功能
•     2.1 SA与抗病
•     2.2 SA与植物发育和植物衰老
•     2.3 SA与环境胁迫
•   3 SA合成代谢
•   4 SA分解代谢
•     4.1 SA糖基化
•     4.2 SA甲基化
•     4.3 SA羟基化
•   5 研究基础
•     5.1 OsICS1生物信息学分析
•     5.2 OsICS1互补拟南芥突变体atsid2
•     5.3 利用CRISPR/Cas9技术创制osics1突变体
•   6 研究目的与意义
• 第二章 材料与方法
•   1 试验材料
•   2 实验方法
•     2.1 载体的构建
•     2.2 His标签蛋白表达与纯化
•     2.3 酶活测定
•     2.4 激素处理
•     2.5 病菌处理
•     2.6 Trizol法提取RNA
•     2.7 植物c DNA的合成
•     2.8 q RT-PCR分析
•     2.9 GUS染色
•     2.10 烟草瞬时表达技术
•     2.11 SA的提取
•     2.12 HPLC分析
•     2.13 LC-MS激素测定分析
•     2.14 植物总蛋白提取
•     2.15 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳和Western blotting
• 第三章 结果与分析
•   1 OsICS1体外重组蛋白活性测定
•     1.1 OsICS1蛋白表达与纯化
•     1.2 酶活分析
•   2 OsICS1表达模式分析
•     2.1 不同组织中OsICS1表达分析
•     2.2 激素处理对OsICS1表达的影响
•     2.3 病原菌处理对OsICS1表达的影响
•   3 OsICS1的组织表达定位
•   4 OsICS1亚细胞定位
•   5 osics1 SA代谢分析
•   6 OsICS1OE的研究
•     6.1 OsICS1OE获得与鉴定
•     6.2 OsICS1OE SA代谢分析
•   7 osics1的发育表型
•     7.1 osics1延迟萌发的表型
•     7.2 osics1胚芽激素测定
•     7.3 osics1粒型统计和农艺性状统计
• 第四章 讨论
•   1 OsICS1重组蛋白活性研究
•   2 OsICS1表达特征分析和亚细胞定位
•   3 OsICS1在水稻体内功能研究
•     3.1 osics1与OsICS1OE SA代谢分析
•     3.2 osics1延迟萌发表型与胚芽激素测定
•     3.3 osics1农艺性状统计分析
•   4 结论与展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王进宾

导师: 张可伟

关键词: 水稻,水杨酸,水稻异分支酸合成酶,合成代谢

来源: 浙江师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 浙江师范大学

基金: 国家自然科学基金面上项目(31670277)

分类号: Q943.2

DOI: 10.27464/d.cnki.gzsfu.2019.000176

总页数: 75

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