甜黑米黑色种皮基因的功能分析

【摘要】近年来,有关花青素合成途经中的调控基因已经被广泛的研究。本文在前期甜黑米黑色种皮基因基因定位的基础上,对候选基因Ra进行了功能验证,并展开了其功能的研究分析。首先,我们将Ra基因和含有GT插入的等位基因Ru分别构建过表达载体。瞬时表达实验表明,显性的Ra基因可以促进日本晴糊粉层中色斑的沉积,相反的,Ru基因及对照均不能实现沉积,这说明Ra参与调控花青素的合成,而GT的插入则影响其功能的发挥。此外,通过农杆菌介导的方法分别在日本晴中过表达和在甜黑米中干扰Ra基因,转基因植株的表型仍在进一步验证中。其次,通过水稻原生质体的瞬时表达发现,Ra基因编码的bHLH转录因子在细胞中是核定位,Ru基因所编码的对应蛋白同样如此,说明GT的插入并没有改变其转录因子的核定位特性。为了验证Ra基因通过bHLH-MYB-WD40复合物参与调控,我们克隆了相应基因并通过酵母双杂实验研究Ra基因形成复合物的模式。结果显示,Ra基因所编码的bHLH蛋白可以与OsMYB3和OsMYB4编码的R2R3MYB蛋白以及WD40蛋白互作。GT的插入并不影响复合体的形成；最后,我们收集45个不同来源的白米、红米及紫黑米品种并对其进行了Ra与Rc位点的基因型鉴定。结果发现在红米品种为raraRcRc型,黑米品种为RaRarcrc,而白米品种则为rararcrc型。这说明Ra与Rc的基因可能通过调控不同的结构基因来影响花青素物质的积累。我们选取了代表性的黑米(甜黑米)、红米(kasalath)和白米(日本晴)品种,对其花青素合成途径中的结构基因进行了表达分析,结果发现黑米中各基因的表达量均显著高于白米品种,且促进原花青素形成的基因LAR和ANR则表达量相对较低。相反的,红米品种中,促进花青素合成的基因ANS表达量较低。这一结果说明Ra基因主要通过促进ANS基因来加强黑米种皮中花青素物质的积累,而红米品种中的Rc基因则不能有效促进ANS的表达,所以种皮中以积累原花青素为主。这一结论与黑米和红米的物质测定结果相吻合。对于水稻种皮色素的形成机制研究将有助于加深对花青素合成调控的理解,为生产育种中品种改良奠定理论基础。
【作者】梁婷婷；
【导师】翟虎渠；
【作者基本信息】南京农业大学，作物遗传育种，2013，硕士
【关键词】水稻；Ra；Ru；Rc；种皮颜色；花青素；原花色素；

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