论文摘要
水稻籽粒的主要成分是胚乳，胚乳的发育与产量性状密切相关。在胚乳发育早期，有丝分裂的次数越多，产生的管状小泡就会越多，从而有发育成更大胚乳的潜力。Weel激酶是细胞周期的重要调控因子之一，在胚乳发育过程中起重要作用。如果Weel基因过早表达，产生的Weel激酶会抑制细胞周期因子依赖激酶（CDKs）的作用，导致胚乳在发育较早的时候停止细胞分裂而进入核内复制时期，即仅进行连续的S期（遗传物质的复制期）而不伴随细胞分裂期，这样胚乳的细胞数目会减少，从而相应地减少籽粒的库容和库强；反之，如果Weel基因表达滞后，Weel激酶延迟CDKs的作用，则胚乳很可能在植物有限的生长发育期间无法完成细胞体积的增加和内含物的积累，这样也很难达到高产的目的。在本研究中，我们通过半定量RT-PCR探索了粳稻品种日本晴、籼稻品种粤籼18和品系230027的胚乳发育过程中Weel基因的表达情况，以推断水稻胚乳发育过程中Weel基因的表达模式。此外，还运用生物信息学手段，对不同物种的Weel激酶氨基酸序列的功能区域及同源性进行了分析。得到结果如下：1、三个水稻品种（系）胚乳发育过程中Weel基因的表达差异在所检测的日本晴、粤籼18和230027三个水稻品种（系）的胚乳发育期间（3～15 DAP，days of pollination），Weel基因均有表达，但在不同时期其表达量不同。在粒型短小的粳稻日本晴的胚乳中，Weel基因的表达在4 DAP达到最大值，随后表达量明显下降；长粒的籼稻粤籼18和230027则分别在6 DAP和8 DAP时达到最大值，但在13 DAP胚乳中又出现了一个稍弱的表达峰。Weel基因的这种表达模式是否与水稻籽粒的粒型有关尚有待进一步研究。2、不同物种Weel激酶的功能区域及同源性分析比对水稻、玉米、番茄、拟南芥、大豆、小家鼠、红原鸡、黑腹果蝇、褐家鼠、斑马鱼、非洲爪蟾、海胆、沙蚕、酿酒酵母、裂殖酵母、智人等材料中的18种Weel激酶氨基酸序列，发现它们在功能区域具有极高的保守性与相似性，其中16种同时具有蛋白激酶ATP结合区和Ser／Thr蛋白激酶激活位点两个功能区域，而且在Ser／Thr蛋白激酶激活位点都以天冬氨酸作为活性氨基酸（ACT-SITE）。借助软件MEGA 3．1，以上述物种的Weel激酶完整氨基酸序列为材料，运用邻位相连法（Neighbor-joining）构建系统树。结果表明，动物、植物、真菌依不同类群，其Weel激酶按不同层次而分别聚类，体现出它们之间不同的遗传距离和亲源关系。在所分析植物的Weel激酶中，单子叶植物水稻和玉米Weel激酶聚成一类，表明这两个物种之间遗传距离较短，亲源关系较近；双子叶植物中，大豆和番茄Weel激酶首先聚类，然后与拟南芥的Weel激酶聚类，因此大豆和番茄间的遗传距离较短，亲源关系较近，拟南芥与二者之间的遗传距离较远。酿酒酵母与裂殖酵母的Weel激酶亲源关系较近，但因与动物和植物等的遗传距离较远而单独聚类。系统树结果还表明，虽然动、植物及真菌的Weel激酶的功能区域有很高的同源性和相似性，但是它们之间仍然有明显的界线。Weel基因的进化关系符合1969年魏特克（Whittaker RH）提出的关于生物界的“五界”划分理论。