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水稻硫腺苷甲硫氨酸合成酶基因的功能研究
Alternative TitleFunctional analysis of S-adenosyl-Lmethionine synthetase genes in rice
李文宣
Subtype博士
Thesis Advisor种康
2011
Degree Grantor中国科学院植物研究所
KeywordOsSAMS1 晚花 Ehd1 Hd3a RFT1 H3K4me3 DNA 甲基化
Abstract开花是植物生殖发育过程中最重要的标志。水稻的开花转换(即抽穗期)受外界环境和内部基因的共同调控,对水稻开花调控机理的研究具有重要的理论意义和应用价值。 DNA 和组蛋白的甲基化修饰是植物开花等发育过程中重要的表观遗传学调控方式。DNA 甲基化和组蛋白甲基化都是硫腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)依赖的转甲基反应。硫腺苷甲硫氨酸合成酶(S-adenosylmethionine synthetase,SAMS,EC 2.5.1.6)催化甲硫氨酸和ATP 反应生成SAM。SAM 在生物体所有细胞代谢中均起重要作用,是DNA、RNA、蛋白、脂及植物次生代谢物的甲基供体,也是乙烯和多胺合成的共同前体。但在植物发育过程中,DNA 和组蛋白修饰调节机制如何应答体内甲基供应尚不清楚。本论文利用反向遗传学手段,分析了水稻SAMS 基因家族的功能。 生物信息学分析表明水稻全基因组中存在OsSAMS1、OsSAMS2 和OsSAMS3三个基因,编码硫腺苷甲硫氨酸合成酶;酵母遗传互补实验表明OsSAMS1、OsSAMS2 和OsSAMS3 都编码有功能的SAMS 蛋白。Realtime RT-PCR 结果表明OsSAMS1、OsSAMS2 和OsSAMS3 在水稻中均为组成型表达,其中OsSAMS1 的表达丰度远高于其他两个同源基因,推测可能在植物发育中承担更重要的作用。OsSAMS1-RNAi 转基因水稻出现了多种发育缺陷。强转基因植株呈现萌发延迟、发育迟缓、矮化、晚花、育性降低、种子表皮大型毛状物缺失等表型;弱转基因植株生长发育未见显著异常,只出现萌发延迟、晚花和育性降低的表型。转基因植株分子鉴定结果表明,内源靶基因的转录水平和翻译水平都明显降低,而且表型的强弱与基因沉默程度呈显著相关性。外源施加1 mM SAM 可以挽救转基因种子萌发延迟的表型,说明转基因植株的发育缺陷表型确因SAMS表达水平降低而SAM 缺乏所引起。 进一步检测开花相关基因的表达水平,发现Ehd1、Hd3a 和RFT1 的转录本显著降低。因此,转RNAi 植株晚花可能是Ehd1-Hd3a 或Ehd1-RFT1 途径改变所导致。 组蛋白甲基化修饰免疫印迹分析表明,转基因植株整体H3K4me3 水平显著降低;染色质免疫共沉淀(ChIP)结果表明转基因水稻Ehd1 和Hd3a 启动子区的H3K4me3 修饰水平显著下降;同时,对这些开花关键基因的DNA甲基化水平也进行了亚硫酸氢盐测序法检测,发现转基因植株Ehd1 的mCNG和RFT1 的mCG水平也显著降低。转基因水稻Ehd1 和Hd3a 启动子区H3K4me3 减少是导致其转录下降的主要原因,DNA甲基化很可能也参与了这一调控过程。 综上所述,本研究证明抑制SAMS 基因表达影响水稻的多个生长发育过程。转基因水稻Ehd1 和Hd3a 启动子区H3K4me3 水平降低,抑制开花关键基因表达,导致晚花; Ehd1 和RFT1 的DNA 甲基化修饰改变可能也参与调控水稻开花。组蛋白H3K4me3 和DNA 对称性甲基化对SAM 缺乏更敏感。
Pages127
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ibcas.ac.cn/handle/2S10CLM1/11901
Collection中科院植物分子生理学重点实验室
Affiliation中国科学院植物研究所
First Author AffilicationInstitute Of Botany,The Chinese Academy Of Cciences
Recommended Citation
GB/T 7714
李文宣. 水稻硫腺苷甲硫氨酸合成酶基因的功能研究[D]. 中国科学院植物研究所,2011.
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