【摘要】：茉莉素(jasmonates,JAs)作為一種重要的植物激素,在植物生長發(fā)育和抵抗逆境等生理過程中發(fā)揮著重要的作用。12-氧-植物二烯酸還原酶(12-oxophytodienoate reductase,OPR)是JAs合成途徑的關(guān)鍵酶,可以將12-氧-植物二烯酸(12-xox-phytodienoic acid,OPDA)還原為8-(3-氧代-2-(戊-2-烯基)環(huán)戊基)辛酸(OPC-8:0),經(jīng)過β-氧化生成JAs。在植物體內(nèi)都存在多個OPRs,因其氨基酸序列存在差異從而對幾種不同結(jié)構(gòu)的OPDA表現(xiàn)不同的親和性和催化活性。目前,研究人員已經(jīng)在水稻、番茄、擬南芥等物種中鑒定了參與JAs生物合成的OPRs,并且發(fā)現(xiàn)OPRs響應(yīng)機(jī)械損傷、鹽離子、植物信號分子、病原菌感染等多種生物和非生物脅迫。水稻基因組中共有13個OPRs,其中,OsOPR7和OsOPR1已經(jīng)被鑒定,其不僅參與水稻中JA生物合成,也參與了水稻防御和脅迫應(yīng)答等生理過程,但大部分的OsOPRs在水稻體內(nèi)的生理功能仍然不清楚。本研究以445份水稻種質(zhì)資源為材料,測定了葉片中JA合成途徑中代謝物的含量,通過JAs合成途徑中代謝物含量的mGWAS(metabolome Genome-Wide Association Study)定位到了位于水稻6號染色體上包括OsOPR1在內(nèi)的6個OsOPRs基因。本文對水稻中被注釋的10個OPRs進(jìn)行了DNA、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及進(jìn)化樹分析,并通過生物信息學(xué)手段對它們進(jìn)行了亞細(xì)胞定位和底物特異性的預(yù)測。發(fā)現(xiàn)OsOPRs在基因的結(jié)構(gòu)和蛋白結(jié)構(gòu)上存在一定的差異,OsOPRs與番茄中OPRs相似度最高。根據(jù)水稻、番茄、擬南芥中OPRs的底物活性已有的研究,對其它OsOPRs的底物活性進(jìn)行了預(yù)測:OsOPR5、OsOPR10接受cis(-)-OPDA,cis(+)-OPDA作為底物,但是優(yōu)先選擇cis(-)-OPDA,OsOPR2、OsOPR4、OsOPR6選擇cis(-)-OPDA為底物,而OsOPR8、OsOPR9可能只能分別催化cis(-)-OPDA、cis(+)-OPDA。此外,本研究利用JAs合成途徑代謝物含量進(jìn)行mGWAS分析時還定位到了一個bHLH基因。通過遺傳互作分析發(fā)現(xiàn),bHLH和OsOPR6之間存在遺傳互作,在OsOPRs啟動子區(qū)域也發(fā)現(xiàn)了bHLH結(jié)合的順式元件E-BOX。本研究通過對JAs合成途徑中候選基因在抗逆等生理過程中的分析,對之后的育種工作具有重要意義。
【圖文】：

定點突變體的底物特異性。PR3 和定點突變體對 cis(+)-OPDA 的還原。WT（■），，His244Tyr（+）和 Phe74Tyr（◆44Tyr 雙突（▲）。（b）OPR3 野生型和定點突變體的立體選擇性。用 GC-MS 在反應(yīng) 30A（灰色）和 cis(-)-OPDA（黑色）的消耗量。rate specificity of site-directed OPR3 mutants.of cis(+)-OPDA by OPR3 wildtype enzyme and site-directed mutants. OPR3 wild-type enzymeected mutants His244Tyr (+) and Phe74Tyr (◆) and the double mutant Phe74Tyr/His244Tyr (▲ty of OPR3 wild-type enzyme and site-directed mutants. The relative consumption of cis(+)-O cis(-)-OPDA (black bars) was analyzed after 30 min by GC MS (Breithaupt et al 2009). 微陣列分析和植株損傷實驗后 OPR 基因 Southern 雜交分析顯示，3 個 OPRs 基因只有 LeOPR3 在損傷葉片中表達(dá)量有相對快速eOPR1、LeOPR2 表達(dá)量不受影響，LeOPR3 底物 OPDA 和下游產(chǎn)

水稻 OPRs 家族基因的 mGWAS 定位及生物信息學(xué)分析參考文獻(xiàn)中命名為 OsOPR3）和 AOC 基因能夠正調(diào)控水稻植株對咀嚼式昆蟲，但并不參與對水稻稻瘟病的調(diào)控（Yara et al 2008，Guo et al 2014）。 但大 OsOPRs 基因在水稻體內(nèi)行使的功能和參與的生理過程依然不清楚。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q943.2;S511

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