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摘 要

ABC1激酶是原核和真核生物中普遍存在的一类非典型蛋白激酶，在原核生物和真核线粒体中主要调控泛醌的生物合成。近来研究表明，拟南芥叶绿体ABC1激酶调控类异戊二烯代谢、铁离子分布和光氧化胁迫的应答，而重要作物如水稻ABC1激酶的功能尚不明确。本研究利用T-DNA插入突变体对水稻叶绿体ABC1K6的分子功能进行了鉴定。结果表明，osabc1k6突变体株高略矮于野生型，叶绿素含量显著下降，而类胡萝卜素含量无显著差异。甲基紫精处理表明，突变体和野生型表型及丙二醛含量无显著差异，说明OsABC1K6基因不直接参与氧化胁迫的防御。实时定量PCR结果显示，osabc1k6基因突变影响了叶绿体类异戊二烯合成相关基因的表达。这些结果为进一步阐明OsABC1K6的分子功能奠定基础。

关键词：水稻，ABC1基因，T-DNA插入突变体，类异戊二烯代谢

Abstract: ABC1 kinases are atypical protein kinases that are widely found in prokaryotes and eukaryotes. They play essential roles in regulating ubiquinone biosynthesis in prokaryotes and eukaryotic mitochondria. Recent studies in Arabidopsis showed that chloroplast ABC1 kinases modulate prenyllipid metabolism, iron distribution and photooxidative stress response. However, their roles in important crops such as rice remain illusive. In this study, a rice ABC1 kinase ABC1K6 was characterized using T-DNA insertion mutants. The plant height and chlorophyll contents were lower in osabc1k6 mutants than in wild type plants; however, the carotenoid content was not significantly different. The mutant phenotype and malondialdehyde content were also the same under methyl viologen treatment, suggesting that OsABC1K6 did not directly participate in oxidative stress response. Real-time PCR analysis showed that expression of the chloroplast prenyllipid biosynthetic pathway genes was affected in osabc1k6 mutants. These results will lay a solid foundation for further functional analysis of the OsABC1K6 kinase.

Keywords: rice, ABC1 gene, T-DNA insertion mutant, prenyllipid metabolism

目 录

1 前言 4

2 材料与方法 5

2.1 植物材料和处理 5

2.2 色素含量的测定方法 5

2.3 丙二醛（MDA）含量的测定 5

2.4 RNA的提取和实时定量PCR 6

3 结果与分析 6

3.1 纯合突变体鉴定 6

3.2 水稻abc1k6突变体对氧化胁迫不敏感 7

3.3 水稻ABC1K6基因突变影响了叶绿体类异戊二烯合成相关基因的表达 8

讨 论 10

参考文献 12

致 谢 14

1 前言

生物体存在多种复杂的代谢调节方式，而调节生物体信息转导最普遍的方式是蛋白激酶催化蛋白质磷酸化以及蛋白磷酸酶催化蛋白质去磷酸化。这一过程几乎涉及所有生物的生理调节过程，比如糖代谢、植物的光合作用、细胞的生长与发育、基因的表达等方面^[1]。蛋白激酶超家族能够细分为真核生物蛋白激酶和非典型蛋白激酶，后者主要分布在原核生物中^[2]。与典型蛋白激酶相比，非典型蛋白激酶缺少HMM结构域，但都含有250-300个氨基酸的催化功能域^[2,3]。在植物中，蛋白激酶的研究目前主要集中在分裂原激活蛋白激酶家族（MAPK）和钙依赖蛋白激酶家族（CDPK）等真核蛋白激酶家族上。

ABC1(activity of bc1 complex)非典型蛋白激酶家族是一个在呼吸作用调节和抗氧化胁迫方面有重要调节功能的多样化蛋白质家族，包含ABC1和AARF两类成员^[4,5]。ABC1基因普遍存在于古生菌、细菌和真核生物中，尤其在光合植物中数量最多。进化分析显示，植物ABCl蛋白有两种亚细胞定位：线粒体和叶绿体，它们有着不同的家族起源^[5]。在原核生物和真核线粒体中，ABC1激酶调控泛醌的生物合成。在叶绿体和线粒体中，各种复杂的过程相互协调配合，例如光合作用、呼吸作用以及为了适应环境变化所作出的调整。这些生理过程都需要各种蛋白激酶的参与。虽然原核生物和线粒体ABCl蛋白在调控泛醌代谢过程中的作用已得到证明，然而植物ABCl蛋白特别是叶绿体ABCl蛋白的功能还不明确。Manara等^[6]报道，拟南芥叶绿体ABC1激酶AtSIA1和AtOSA1调控铁离子分布和氧化胁迫应答。atsia1和atosa1突变体铁蛋白和超氧化物积累增加，植株对氧化胁迫更加敏感，并且叶绿体类异戊二烯的代谢发生改变。然而，Martinis等^[7]报道，拟南芥叶绿体质体小球ABC1K3激酶通过磷酸化生育酚合酶（TC）调控维生素E代谢。ABC1K1和ABC1K3激酶能够形成一个复合体，调控类异戊二烯代谢、类囊体重建和胁迫应答^[8]。abc1k1、k3及双突变体在高光处理下叶片迅速黄化，然而其抗氧化系统相关酶类和活性氧水平均无显著差异，说明ABC1K1和ABC1K3激酶不参与氧化胁迫的防御。因而叶绿体ABC1激酶可能具有多种不同的功能。

水稻是重要的粮食作物，养活了全世界一半以上的人口。水稻有24条染色体，因基因组小、易于转化，且与其它禾本科作物具有良好的线性关系，所以一直是作物研究的重要模式生物^[9]。水稻基因组含有16个ABC1激酶，其中至少7个激酶定位在叶绿体中^[4]。然而水稻叶绿体ABC1激酶的分子功能目前仍不明确。本研究利用T-DNA插入突变体对其中ABC1K6的生理功能进行了初步分析，为探明水稻ABC1激酶的准确分子功能及其在基因工程育种中的应用潜力奠定基础。

2 材料与方法

2.1 植物材料与处理

水稻abc1k6突变体来自韩国水稻T-DNA插入突变体数据库（http://signal.salk.edu/cgi-bin/RiceGE），突变体亲本Dongjin作为野生型对照。所有材料于2013年正季种植于淮阴师范学院生物科技园，用于繁殖种子和进行农艺性状调查。

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