论文摘要
光温敏核不育水稻品种与常规水稻品种相比较,拥有独特的第二光周期敏感期。目前的研究表明,光温敏核不育水稻第一光周期与第二光周期是不重叠的,但我们对于第二光周期的分子机理仍然知之甚少。本研究对光温敏核不育系培矮64S在育性转换关键期进行不同的光照和温度处理,利用水稻表达谱芯片检测分析这些不同处理的材料之间的转录组差异,对水稻光温敏核不育系培矮64S在不同光照和温度条件下的育性转换期的表达谱进行研究；并基于现有研究结果,对培矮64S中温度受体（目前认为是热激蛋白）进行研究,分析差异表达的热激蛋白与热激转录因子之间的调控关系,试图阐明光温敏核不育水稻育性转换机理。该研究从分子机理角度出发研究光温敏核不育水稻的育性转换问题,有助于揭示光温敏核不育水稻在育性转换期的不同光照和温度条件下的基因表达调控模式,增加对育性转换期中发挥关键作用的基因调控网络的了解。蛋白折叠对于维持细胞的正常功能具有十分重要的意义。在生理条件下,细胞内的蛋白质折叠的需求与蛋白质折叠的能力相一致,使得细胞内蛋白质处于平衡状态。在受到各种刺激后,细胞内的蛋白质平衡被打乱,导致大量非折叠蛋白在内质网中积累,触发未折叠蛋白反应。环境温度上升也会导致非折叠蛋白积累,并触发热激反应,诱导热激转录因子大量表达,进一步促进热激蛋白大量表达,积累的热激蛋白协助非正常折叠蛋白重新折叠,从而降低细胞内未折叠蛋白的浓度,缓解热胁迫带来的危害。我们推测高温引起的细胞内未折叠蛋白数量的增加能同时触发未折叠蛋白反应以及热激反应,我们利用实时荧光定量PCR技术分析了,受到高温刺激后,水稻中介导未折叠蛋白反应通路相关基因的表达谱变化,并利用瞬时表达实验检测分析了热激转录因子与未折叠蛋白反应通路中相关基因的调控关系。主要结果如下：A.对四种不同处理后的培矮64S取花粉进行镜检分析花粉发育程度,结果显示,高温长日照及高温短日照处理后,培矮64S花粉不育；低温长日照及低温短日照处理后,培矮64S花粉可育。B.通过对水稻表达谱芯片数据进行分析,我们发现在育性转换时期,进行不同光照和温度处理后,培矮64S叶片的转录组呈现出差异。结果表明：无论长日照处理还是短日照处理,高温抑制大量基因的表达（高温短日照为60%,高温长日照为86.6%）；长日照能显著上调和下调育性转换过程中的基因表达,其中上调表达基因占47.1%,下调基因占52.9%。C.进一步对差异表达基因进行代谢途径和功能分类,发现高温抑制表达的基因主要参与了尿素代谢循环,氮素代谢,精氨酸和脯氨酸和谷氨酸代谢；长日照能促进硫胺（维生素B1）代谢相关基因表达,抑制生物节律相关基因表达。与不同温度引起的差异基因相比,不同的光照处理导致更多的基因差异表达,而且这些差异表达的基因功能更加多样化。D.通过对水稻表达谱芯片数据进行分析,我们发现在育性转换时期,高温长日照条件下,培矮64S叶片中热激蛋白和热激转录因子表达受到抑制。我们选择了在高温长日照条件下,下调表达显著的5个热激蛋白（HSP90、HSP70、 HSP201、HSP202和HSP203）和1个热激转录因子（HSF1）利用瞬时表达实验研究它们之间的调控关系,实验结果显示HSF1能够调节HSP90、HSP70、HSP201和HSP202的表达。E.通过实时荧光定量PCR检测分析高温和长日照条件下的热激转录因子的表达与转录。结果显示：发现主要热激转录因子HSFA2d存在三种转录本,不同的环境刺激诱导不同的转录本表达,其中热激诱导产生转录本HSFA2dⅠ，长日照刺激诱导产生转录本HSFA2dⅡ和HSFA2dⅢ.F.我们通过洋葱表皮细胞瞬时表达实验分析了热激转录因子HSFA2d不同转录本编码的蛋白质HSFA2dⅠ和HSFA2dⅡ的细胞内定位。结果显示,这两个蛋白在细胞内定位不同,其中热激诱导产生的蛋白HSFA2dⅠ定位于细胞核,长日照刺激诱导产生的蛋白HSFA2dⅡ分布在整个细胞中。G.我们通过烟草BY-2细胞（Bright Yellow-2cell）瞬时表达实验分析了热激转录因子HSFA2d编码的蛋白质HSFA2dⅠ和HSFA2dⅡ的转录活性。结果显示：热激诱导产生的HSFA2dⅠ具有热激转录因子活性,长日照刺激诱导产生的HSFA2dⅡ不具有热激转录因子活性。H.通过实时荧光定量PCR检测分析了高温和长日照对未折叠蛋白反应的影响。结果显示：受到热激后水稻叶片中未折叠蛋白反应信号通路的感受器相关基因IRE1、bZIP50、bZIP39、bZIP60以及内质网腔内含量最丰富的分子伴侣BiP的表达量均增加,说明热激触发了未折叠蛋白反应；在受到长日照刺激后,这五种基因的表达量基本没有改变,说明长日照刺激没有触发未折叠蛋白反应。I.我们通过烟草BY-2细胞瞬时表达实验分析了热激诱导产生的HSFA2dI与未折叠蛋白反应相关基因的调控关系。结果显示,HSFA2dI能有效激活未折叠蛋白反应信号通路中分子伴侣BiP的表达。综合以上结果,我们发现在培矮64S育性转换时期,光照和温度起着重要的作用。光照或者温度的改变引起细胞内大量基因的表达发生改变,进而影响了细胞内的生物学过程,影响了培矮64S的育性。热激能同时触发热激反应以及未折叠蛋白反应,而且热激转录因子HSFA2d将这两个反应的信号通路联系在一起,暗示不同环境胁迫触发的信号通路并不是完全独立的,可能存在一些基因,可以在不同的信号通路中发挥功能,从而使植物应对不同环境胁迫的能力大大提高。
论文目录
相关论文文献
标签：光温敏核不育论文; 热激转录因子论文; 热激蛋白论文; 未折叠蛋白反应论文; 热激反应论文; 未折叠蛋白信号通路论文;