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《南京农业大学》 2016年
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OsMCO1在水稻耐亚铁毒害中功能的初步研究

崔亚琼  
【摘要】:亚铁毒害是世界热带和亚热带低洼地区水稻生产的主要限制因素之一。我国水稻受铁毒害而减产的现象比较严重,主要发生在南方植稻区。亚铁是冷浸田土壤水稻生产的主要限制因子,占土壤还原性物质总量的80%左右。长期处于水淹条件下的水稻土具有很强的还原性,土壤中会积累大量的Fe2+,对水稻产生毒害,是造成这类稻田低产的主要原因。本研究是根据基因芯片结果发现的一个受高铁诱导的基因LOC_OsO1g03630,将其命名为OsMCO1,通过生物信息学和分子生物学等方法对OsMCO1基因在铁毒害下的作用进行探讨。首先,我们对水稻和拟南芥MCO家族基因进行查找并绘制系统发育树,在水稻中查找到51个多铜氧化酶成员。同时利用生物信息学方法对OsMCO1及其亚家族基因进行分析,结果显示:OsMCO1编码一个多铜氧化酶,在水稻营养生长期的根部表达量最大,在生殖生长期的根部和花粉囊中也略有表达。水稻MCO亚家族中的五个成员均定位在过氧化物酶体上,并且都有数个糖基化位点,对它们的氨基酸序列进行比对后发现它们都具有多铜氧化酶保守的铜原子结合位点。同时,运用荧光定量PCR技术检测了水稻根系中OsMCO1受铁诱导的表达模式。定量分析结果表明,在水稻MCO亚家族中,OsMCO1的表达受到高铁的诱导,在10μM Fe2+处理下表达量最大,并且在10 μM Fe2+处理12小时后表达量开始随处理时间的增加而上升。并且在10 μMFe2+处理下水稻幼苗根部的表达量显著高于地上部。用锌、铜、铝、鎘和铁分别处理后发现OsMCO1基因受铁特异性诱导表达,高铁处理后OsMCO1的表达水平分别是锌、铜、铝、镉四种金属胁迫处理后的460、820、400、950倍。此外,OsMCO1在洋葱表皮细胞的定位显示,OsMCO1-GFP和GFP-OsMCO1在细胞内成零星点状分布,定位在细胞器中,结合生物信息学的预测,推断OsMCO1很可能定位在过氧化物酶体中。为了进一步确定OsMCO1的生物学功能,通过对OsMCO1的T-DNA插入突变体osmco1在不同铁浓度处理后发现,osmco1在高铁(10 μM、100 μMFe2+)处理下,根长相比野生型Dongjing较短,根系的生长受到抑制,并且osmco1主根的相对伸长率在10 μM、100 μMFe2+处理下显著低于野生型,而在锌、铝、铜、镉处理下osmco1突变体和野生型Dongjing根的相对伸长量之间并没有差异。对其干重进行统计后发现,osmco1在10 μM、100μM Fe2+处理下根的干重显著低于野生型Dongjing。用普鲁斯蓝染色后发现,高铁处理的突变体根尖普鲁斯蓝染色比野生型Dongjing深。分别检测铁梯度处理下野生型水稻Dongjing和突变体osmco1中铁元素含量结果表明,两者根部铁含量没有差异,而地上部在1 μM和10μM Fe2+处理下突变体铁含量显著高于野生型。以上结果表明,OsMCO1可能在缓解水稻铁毒害中具有重要作用,能够减少水稻根系对过量Fe2+的吸收。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S511

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