拟南芥光呼吸突变体筛选方法优化及pglp1-2突变体研究

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植物光呼吸（Photorespiration）代谢是一条流经多种细胞器且调控机理复杂的代谢途径。虽然光呼吸作用的过程消耗了植物一部分光合固定碳和能量，影响农作物的产量，但研究发现，光呼吸对植物的正常生长发育起着重要作用。因为光呼吸参与调控植物多种代谢和生物学过程，包括调节光合作用、维持细胞氧化还原状态等。然而由于光呼吸的复杂性，其对植物代谢网络的调控机理至今报道甚少。　　本研究以甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate, EMS)处理的拟南芥 Columbia （Col-0）种子为实验材料，结合两种技术筛选光呼吸突变体。（1）叶绿素荧光成像技术，即光呼吸突变体在大气（400 ppm CO2）中的最大光化学量子效率（FV/Fm）比野生型Col-0小；（2）光呼吸突变体在不同气体条件下的表型，即突变体在大气中表现黄化矮小，而在高浓度CO2（3000 ppm CO2）环境中能正常生长。结合这两种方法，筛选到1株光呼吸突变体156-16。　　相比野生型，突变体156-16在正常大气条件下，初期表现出生长缓慢，植株整体明显矮小，叶片颜色偏黄，且后期无法正常开花结实；而在高浓度CO2条件下，突变体的生长形态与野生型无明显差异。通过基因定位和全基因组测序最终确定突变基因为PGLP1(Phosphoglycolate Phosphatase 1)，基因号为AT5G36700。为了进一步证明是由该基因导致突变植株156-16表现出光呼吸表型，构建proPGLP1∷PGLP1互补质粒，转化156-16，观察发现阳性转基因材料在大气中的生长状态恢复到野生型水平，由此将突变体植株156-16命名为pglp1-2。　　proPGLP1∷GUS组织表达分析表明PGLP1在叶片、茎、花和果荚中均有表达，但在根中不表达。构建 35S∷PGLP1-GFP 质粒转化 Col-0，以转基因植株为材料游离原生质体，荧光分析表明 PGLP1定位于叶绿体上，同时将 35S∷PGLP1-GFP质粒瞬时转化烟草，GFP荧光分析说明PGLP1定位于叶绿体上和细胞质中。　　比较分析了pglp1-2和PGLP1的T-DNA 插入突变体pglp1-1在不同生长时期的表型，以及测定二者的PGLP酶活和游离磷含量。表型分析结果发现pglp1-2的表型相对于pglp1-1属弱光呼吸表型，即 pglp1-1的突变体表型不能被高浓度 CO2回补且无法在大气中长久存活。酶活和游离磷含量测定结果发现，大气中和高浓度CO2中生长的pglp1-2突变体和pglp1-1突变体的PGLP 酶活均大概只有野生型的50%；而在高浓度CO2中和大气中生长的pglp1-2突变体和pglp1-1 突变体的游离磷的含量与野生型无明显差别。　　综上所述，本研究前期通过结合叶绿素荧光成像技术和高低浓度CO2方法筛选光呼吸突变体，最后筛到光呼吸突变体 156-16，经基因定位发现突变基因为 PGLP1， PGLP1定位在叶绿体，与其T-DNA 插入突变体pglp1-1相比，pglp1-2属于弱光呼吸突变体，该材料对于进一步研究PGLP1的多种生物学功能具有较好的价值。

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作者
李思慧;
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作者单位

华南农业大学;

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授予单位华南农业大学;
学科生物工程
授予学位硕士
导师姓名朱国辉;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类
关键词
植物光呼吸,突变体,pglp1-2,PGLP1定位,生物学功能;

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