水稻类受体胞质激酶LRRK1调控卷叶的功能分析

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卷叶在水稻育种中是一个重要的农艺性状。适当的卷叶效应被证明能够有效的提高光合作用和作物产量。类受体胞质激酶 RLCKs(Receptor-like cytoplasmic kinases)是植物中超大家族类受体蛋白激酶 RLKs(receptor-like kinases)中的一类，在植物发育与应激反应过程中起着十分重要的作用。然而，在水稻中的功能研究甚少。本研究中，我们分离鉴定了一个参与调控叶片卷曲的类受体胞质激酶基因LRRK1(Leaf rolling receptor-like cytoplasmic kinase1)，并对其调控卷叶进行了一系列研究。具体研究结果如下：
　　(1)构建植物表达载体 pCAMBIA1301-LRRK1，并通过农杆菌介导的转化法转入粳稻品种 Kitaake。利用 qRT-PCR鉴定到19个 LRRK1过量表达的转基因株系，挑选出 mRNA水平表达量较高的两个株系 Ubi::LRRK1-22和 Ubi::LRRK1-27做后续深入研究。过表达 LRRK1转基因植株从幼苗期开始至成熟期都表现出明显叶片内卷的表型，而 LRRK1的缺失突变体 lrrk1没有明显的叶片卷曲表型。
　　(2) LRRK1属于 RLCK-XV家族，LRRK1有1104个核苷酸，编码367个氨基酸，在69-340氨基酸区域只显示一个胞内激酶结构域，没有跨膜结构域和胞外域。同源比对结果发现，LRRK1在水稻中有一个同源蛋白 OsRLCK1(Os02g09359)，相似性为54.4％，在拟南芥中有两个 AtRLCK1(At1g52540)和 AtRLCK2(At3g15890)，相似性分别为54.0%和50.7%。
　　(3)通过合理密植实验发现，虽然 LRRK1过表达转基因株系在合理密植条件下与野生型相比结实率降低，但是分蘖数增多，而株高、千粒重以及单株重并无明显差异。
　　(4)通过石蜡切片与甲苯胺蓝染色发现，与野生型相比， LRRK1过表达植株由于泡状细胞变小，并且泡状细胞的含水量也减少。尽管如此，lrrk1在泡状细胞大小和含水量方面与野生型相比没有明显差异。
　　(5)为了研究 LRRK1调控叶片卷曲的分子机制，我们利用 qRT-PCR分析了调控卷叶相关基因在野生型和 LRRK1过表达株系中的表达量变化。与野生型相比，LRRK1过表达株系中负调控泡状细胞发育的基因表达量上调，而正调控泡状细胞发育的基因表达量下调。而这些基因在 lrrk1插入突变体中表达水平没有存在明显差异。这些结果表明 LRRK1可能通过影响调控泡状细胞相关基因的表达来调控水稻卷叶的发生。
　　(6)亚细胞定位结果显示 LRRK1-YFP主要定位于细胞膜。LRRK1pro::GUS转基因植株的 GUS染色结果发现， LRRK1主要在两天的幼苗、叶片、幼根、茎以及幼穗中有表达。Western blot结果显示 LRRK1在体存在被磷酸化状态。
　　综上所述，LRRK1可能通过影响与泡状细胞发育相关基因的表达，负调控泡状细胞的发育，导致 LRRK1过表达株系的叶片发生内卷。叶片适度卷曲可以使叶片直立而不披垂，改善群体透光率。合理密植实验结果显示，LRRK1过表达株系的有效穗比野生型要显著增多，说明 LRRK1可能通过调控卷叶，改善了群体的透光率，增加了有效穗的数目。因此，这些发现表明 LRRK1在水稻叶片形态发育中发挥着重要的作用，尤其作用于调控叶片的卷曲，LRRK1作为调控水稻卷叶的候选基因可以用于水稻育种。

著录项

作者
王丹;
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作者单位

湖南大学;

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授予单位湖南大学;
学科生物学
授予学位硕士
导师姓名刘选明;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类稻;
关键词
水稻; 卷叶; 类受体胞质激酶; 类受体胞质激酶基因;

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