【摘要】：PIF轉(zhuǎn)錄因子(phytochrome-interacting factors)是光敏色素介導(dǎo)的光信號(hào)傳導(dǎo)途徑的關(guān)鍵組分。專家從水稻基因組中預(yù)測(cè)到水稻PIFs基因家族包括6個(gè)成員,命名為Os PIL11-Os PIL16。但目前,對(duì)于水稻PIF因子在光信號(hào)傳導(dǎo)中的相關(guān)功能以及如何調(diào)控水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的研究鮮有報(bào)道,這極大地限制了對(duì)單子葉植物光信號(hào)途徑的理解和應(yīng)用。本文,我們對(duì)Os PIL14蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征、亞細(xì)胞定位情況及表達(dá)模式進(jìn)行分析,培育并鑒定Os PIL14過(guò)量表達(dá)、功能缺失突變體轉(zhuǎn)基因株系,揭示Os PIL14在水稻生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程中的作用。主要結(jié)果如下:(1)利用生物信息學(xué)等方法預(yù)測(cè)到Os PIL14是一類b HLH(basic helix-loop-helix)型轉(zhuǎn)錄因子,含有b HLH結(jié)構(gòu)域和一個(gè)APB結(jié)構(gòu)域(active phytochrome B-binding)以及一個(gè)核定位序列(NLS)。亞細(xì)胞定位結(jié)果顯示,Os PIL14蛋白定位于細(xì)胞核中。利用酵母雙雜實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有驗(yàn)證到Os PIL14與水稻光敏色素之間的互作。(2)紅光和遠(yuǎn)紅光均誘導(dǎo)Os PIL14基因的表達(dá)。分析黑暗和持續(xù)紅光條件下生長(zhǎng)的野生型水稻、phy B和phy Aphy B雙突變體中Os PIL14的轉(zhuǎn)錄水平,顯示光敏色素phy B和phy A均能夠感受紅光誘導(dǎo)Os PIL14表達(dá)。而比較黑暗和持續(xù)遠(yuǎn)紅光條件下生長(zhǎng)的野生型水稻、phy A和phy Aphy C雙突變體中Os PIL14的轉(zhuǎn)錄水平,也同樣發(fā)現(xiàn)phy A和phy C等其他成員均能夠感受遠(yuǎn)紅光介導(dǎo)Os PIL14表達(dá),phy C起主要作用。據(jù)此推測(cè),Os PIL14可能參與光敏色素介導(dǎo)的光信號(hào)傳導(dǎo)途徑。(3)熒光定量PCR技術(shù)分析了野生型水稻各組織器官中Os PIL14基因的表達(dá)水平,顯示該基因主要在葉片尤其是旗葉中表達(dá)。(4)比較野生型、Os PIL14轉(zhuǎn)基因水稻株系在黑暗條件下植物生長(zhǎng)表型可以發(fā)現(xiàn),過(guò)量表達(dá)該基因能夠促進(jìn)水稻幼苗中胚軸的生長(zhǎng),抑制胚芽鞘伸長(zhǎng)。(5)比較野生型、Os PIL14轉(zhuǎn)基因水稻株系在紅光、遠(yuǎn)紅光下植物光形態(tài)建成特征,結(jié)果表明,Os PIL14基因過(guò)量表達(dá)可導(dǎo)致胚芽鞘和第一不完全葉伸長(zhǎng),與植物暗形態(tài)建成特征一致,對(duì)R和FR具有不敏感性,R和FR調(diào)控的光形態(tài)建成反應(yīng)。(6)在水稻中過(guò)量表達(dá)Os PIL14基因可以導(dǎo)致株高顯著增高、葉片細(xì)長(zhǎng)、葉夾角變大、節(jié)間裸露等變化。同時(shí)該基因還參與調(diào)控水稻穗形態(tài)建成、影響種子粒長(zhǎng)、粒寬、千粒重等籽粒性狀。(7)耐鹽性研究結(jié)果顯示,采用200m M Na Cl溶液處理三葉期的水稻幼苗7d后,Os PIL14功能缺失突變體植株耐鹽性顯著下降,表明該基因也參與到水稻耐鹽脅迫相關(guān)途徑,但具體分子機(jī)制有待后續(xù)進(jìn)一步研究。綜上所述,水稻光敏色素相互作用因子Os PIL14,作為一類b HLH型轉(zhuǎn)錄因子,參與水稻PHY介導(dǎo)的光信號(hào)傳導(dǎo)途徑從而影響植物光形態(tài)建成,對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育具有非常重要的作用,本文不僅為水稻及其他單子葉植物光信號(hào)傳導(dǎo)途徑相關(guān)研究打開(kāi)突破口,而且也為改良水稻相關(guān)農(nóng)藝性狀提供了理論依據(jù)。
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