水稻谷蛋白57 kDa前体积累突变体n47的表型分析及基因的精细定位

作     者：薛梦瑶 

作者单位：南京农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：万建民

授予年度：2019年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：水稻 谷蛋白 57H突变体 表型分析 基因定位 

摘      要：水稻是世界上重要的粮食作物之一,约有半数的人口以水稻为主食。谷蛋白是水稻籽粒中最重要的储藏蛋白,占胚乳总蛋白含量的60%以上。编码谷蛋白的基因转录出的mRNA在内质网表面多聚核糖体翻译,并以共翻译转运的形式进入内质网腔,形成57kDa的前体蛋白,其经过一系列的蛋白折叠和加工后由内质网（Endoplasmic Reticulum,ER）进入高尔基体,随后在致密囊泡（Dense vesicle,DV）的介导下,57 kDa前体转运入蛋白贮藏液泡（Protein storage vacuole,PSV）中,并剪切为成熟的酸性及碱性亚基,最终以蛋白体的形式积累在胚乳细胞中。谷蛋白转运及加工异常均会导致成熟胚乳中谷蛋白57kDa前体的积累,这类材料被称为57H突变体,它们是研究谷蛋白转运途径的良好的材料。虽然许多谷蛋白结构基因已经得到克隆,对谷蛋白的表达调控研究也相对清楚,但人们对谷蛋白的合成、转运和沉积等过程仍然缺少足够的了解。对谷蛋白57H突变体的鉴定及目的基因的克隆与功能分析,对解析谷蛋白转运的分子网路途径及水稻蛋白品质改良具有重要的意义。本研究从N22辐射诱变体库中筛选出了一个新的57H突变体n47,并对其进行了详细的表型鉴定和目的基因的精细定位。主要研究结果如下:1、与野生型相比,n47突变体的胚乳粉质,且后代纯合致死。种子千粒重下降约20%,粒长、粒宽、粒厚等变化不显著。2、扫描电镜观察发现,n47突变体成熟种子胚乳内的淀粉颗粒形态异常,排列松散,颗粒之间存在较大空隙。透射电镜观察发现,n47突变体胚乳的核糖体被包裹,内质网中形成部分空泡状结构,有少量壁旁体（Paramural body,PMB）出现,并且产生具有 PBⅠ（Protein body Ⅰ）和 PBⅡ（Protein body Ⅱ）两种蛋白体的结构。3、与野生型相比,n47突变体的理化性质发生了一定的改变,种子胚乳中蛋白和脂肪含量均显著降低,而总淀粉和直链淀粉含量并无显著差异。同时,n47淀粉黏度特性（峰值黏度、热浆黏度、冷胶黏度及消减值等）也没有发生显著变异。4、SDS-PAGE及Immunoblotting分析表明,n47突变体胚乳中57 kDa谷蛋白前体含量显著增加,而醇溶蛋白和球蛋白含量则没有明显的变化。此外,突变体中结合蛋白（Binding Protein,BIP）、蛋白质二硫异构酶（Protein disulfide isomerase,PDI）和 Sar1b亚基的含量均有所上调,而Sec23c的含量则没有显著差异。5、遗传分析表明,n47突变体的表型变异是由一对隐性基因所控制的。利用n47与日本晴杂交构建的F2分离群体,将突变位点定位于第11号染色体约196 kb的区间内,其中包含12个开放阅读框。本研究为n47中突变基因的克隆和功能鉴定奠定了基础。