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Single base substitution in Os CDC48 is responsible for premature senescence and death phenotype in rice

Journal of Integrative Plant Biology 2016年第1期58卷 12-28页

作者： Qi-Na Huang Yong-Feng Shi Xiao-Bo Zhang Li-Xin Song Bao-Hua Feng Hui-Mei Wang Xia Xu Xiao-Hong Li Dan Guo Jian-Li Wu State Key Laboratory of Rice Biology China National Rice Research Institute Hangzhou 310006 China School of Life Sciences Hebei Normal University Shijiazhuang 050024 China

A premature senescence and death 128 （psd128） mutant was isolated from an ethyl methane sulfonate-induced rice IR64 mutant bank. The premature senescence phenotype appeared at the six-leaf stage and the plant died at the early heading stage, psd128 exhibited impaired chloroplast develop- ment with significantly reduced photosynthetic ability, chlorophyll and carotenoid contents, root vigor, soluble protein content and increased malonaldehyde content. Furthermore, the expression of senescence-related genes was significantly altered in psd128. The mutant trait was controlled by a single recessive nuclear gene. Using map- based strategy, the mutation Oryza sativa cell division cycle 48 （OsCDC48） was isolated and predicted to encode a putative aaa-type atpase with 809 amino-acid residuals. A single base substitution at position C2347T in psd128 resulted in a premature stop codon. Functional complementation could rescue the mutant phenotype. In addition, RNA interference resulted in the premature senescence and death phenotype. OsCDC48 was expressed constitutively in the root, stem, leaf and panicle. Subcellular analysis indicated that OsCDC48：YFP fusion proteins were located both in the cytoplasm and nucleus. OsCDC48 was highly conserved with more than 90% identity in the protein levels among plant species. Our results indicated that the impaired function of OsCDC48 was responsible for the premature senescence and death phenotype.

关键词： Oryza sativa premature senescence and death aaa-atpase OsCDC48

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玉米DYW88和拟南芥Emb105基因在种子发育中的功能研究

玉米DYW88和拟南芥Emb105基因在种子发育中的功能研究

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作者：李艳艳山东大学

学位级别：硕士

玉米是我国重要的粮食作物,籽粒发育是玉米产量的决定因素之一。玉米种子发育需要多种基因的参与,因此对玉米种子发育关键基因的克隆和功能分析具有重要的意义。一、玉米DYW88的研究PPR蛋白在玉米种子发育中扮演了重要角色。PPR蛋白是RN... 详细信息

玉米是我国重要的粮食作物,籽粒发育是玉米产量的决定因素之一。玉米种子发育需要多种基因的参与,因此对玉米种子发育关键基因的克隆和功能分析具有重要的意义。一、玉米DYW88的研究PPR蛋白在玉米种子发育中扮演了重要角色。PPR蛋白是RNA结合蛋白,主要参与细胞器RNA转录后加工过程,包括内含子的剪接、RNA编辑、RNA末端成熟和稳定以及翻译的起始等。本论文通过生物信息学分析确定了候选基因DYW88,从玉米UniformMu库中获得了dyw88突变体,进行了以下研究:1)确定DYW88基因突变体的表型,明确DYW88基因与表型之间的连锁关系;2)明确DYW88的亚细胞定位;3)通过比对分析野生型和dyw88中叶绿体基因RNA剪接和编辑情况的差异,查明了 DYW88的分子生物学功能,进而明确了 DYW88在玉米种子发育中的作用。主要结果如下:1)DYW88基因突变严重抑制玉米胚发育通过观察dyw88突变体的表型,发现dyw88突变体的胚发育受到了严重抑制,而胚乳发育受的影响较小,为emb表型。石蜡切片分析发现DYW88突变导致突变体胚的发育停滞在原胚期。dyw88杂合突变体自交果穗上正常籽粒和突变籽粒比例接近3:1,随后通过扩大群体验证了 emb表型和DYW88基因突变的连锁。2)DYW88编码一个叶绿体定位的PPR-DYW蛋白DYW88编码一个DYW亚类PPR蛋白,该蛋白由16个PPR基序,一个E1、E2和DYW结构域组成。通过亚细胞定位分析确定DYW88定位于叶绿体。3)DYW88影响质粒转录本中内含子的剪接通过对野生型和dyw88突变体胚和胚乳中的质体转录本进行RT-PCR和qRT-PCR 分析,发现dyw88突变体胚中,rpl2、atpF、ycf3、ndhA、ndhB、petB和pet D内含子的剪接受到影响,rps12 intron 1、rps12 intron 2、ycf3 intron 2、rpl2和atpF内含子的剪接效率降低,说明DYW88影响了质体中多个内含子的剪接。二、拟南芥Emb105的研究aaa-atpase是一个庞大的蛋白家族,在原核生物和真核生物中广泛存在,调控多种细胞活动,如蛋白质降解、26S蛋白酶体的活性调控、囊泡运输、过氧化物酶体生物发生和植物的超敏反应等。本论文首先通过生物学分析确定了目标基因Emb105,该基因编码一种aaa-atpase蛋白,从ABRC突变体库中订购了Emb105的T-DNA插入突变体,进行了以下研究:1)确定Emb105基因突变体的表型,明确了Emb105与表型之间的连锁关系;2)明确EMB105的亚细胞定位;3)通过转基因回补实验探究Emb105的分子生物学功能,进一步分析Emb105在拟南芥种子发育中的作用。主要结果如下:1)Emb105编码一个线粒体定位的aaa-atpaseEmb105编码一个aaa-atpase,该蛋白由两个内含子和三个外显子组成,该蛋白结构组成中含有特殊的结构域DnaX。亚细胞定位分析发现EMB105定位于线粒体。2)Emb105基因突变会导致种子败育通过表型观察,发现Emb105基因突变会导致种子败育,emb105杂合突变体角果上正常籽粒和突变籽粒比例接近3:1,随后通过扩大群体验证了 emb表型和Emb105基因的连锁关系。3)EMB105-GFP和EMB105-HA融合蛋白可以部分回补由EMB105缺失导致的emb表型通过转基因回补实验,Emb105-GFP::emb105和Emb105-HA::emb105回补植株生长发育迟缓,呈现开花时间较晚且根系生长缓慢的表型。推测Emb105-GFP::emb105或者Emb105-HA::emb105部分回补Emb105突变所引发的表型,进而影响拟南芥的开花时间和根的发育生长。

关键词：玉米拟南芥种子发育 RNA剪接 PPR蛋白 aaa-atpase

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